Android存儲系統及存儲的掛載
Android是基於Linux內核開發的，所以它的文件系統也是跟Linux文件系統類似。
首先我們來看Android存儲的分類。
內部存儲和外部存儲、內置SD卡和外置SD卡
一般的Android手機都有2個存儲卡，一個內置到手機裏的，不可更換，叫做內置存儲卡；另外一個可以通過擴展卡槽添加一個SD卡，叫做外置SD卡。內置存儲卡和外置SD卡，它們是從物理上來進行區分的，一個內置到設備，另一個是添加的擴展卡。
對於Android系統來說，存儲只分爲內部存儲和外部存儲兩類。內部存儲是在應用的安裝目錄下（data目錄），外部存儲（通常是sdcard目錄）在應用的安裝目錄外，它們是以目錄爲基準劃分的。我們不要和內置存儲卡和外置SD卡的概念混淆了，一個是邏輯上的劃分，另一個是物理上的劃分。
存儲所需要的權限
我們在進行App開發時，通常需要對App的存儲權限做一些處理：
- 內部存儲不需要App單獨申請權限。
- 外部存儲需要App申請外部存儲的讀寫權限，並且使用時，首先要判斷外部存儲是否已經掛載（因爲外部存儲並不總是可用）。
- 讀權限：android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE
- 讀寫權限：android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE
我們已經瞭解了存儲分爲內部存儲和外部存儲，接下來我們來分析外部存儲是如何被掛載到系統的。
外部存儲的掛載
sdcard是我們常說的sd卡根目錄，我們以它爲例，來分析外部存儲是如何掛載到系統的。
路徑的鏈接關係
我們來看sdcard的路徑鏈接關係：
/sdcard -> /storage/self/primary
/mnt/sdcard -> /storage/self/primary
/storage/self/primary -> /mnt/user/0/primary
/mnt/runtime/default/self/primary -> /mnt/user/0/primary
/mnt/user/0/primary -> /storage/emulated/0
說明：
- sdcard是一個軟鏈接，它的真實地址是/storage/self/primary。
- /storage/self/primary和/mnt/runtime/default/self/primary也是軟鏈接，它們的實際地址是/mnt/user/0/primary。
- /mnt/user/0/primary也是軟鏈接，它的實際地址是/storage/emulated/0。
- 最終是鏈接到/storage/emulated/0目錄。
/mnt/runtime/default的掛載
/mnt/runtime/default在開機執行init.rc時，掛載到storage下：
# Mount default storage into root namespace
mount none /mnt/runtime/default /storage bind rec
並且在執行init.rc腳本時進行了軟鏈接：
# Symlink to keep legacy apps working in multi-user world
symlink /storage/self/primary /sdcard
symlink /storage/self/primary /mnt/sdcard
symlink /mnt/user/0/primary /mnt/runtime/default/self/primary
/mnt/runtime各個目錄意義：
/mnt/runtime/default：對所有的應用、root命名空間 可見，而無需任何權限.
/mnt/runtime/read：對有READ_EXTERNAL_STORAGE權限的應用可見。
/mnt/runtime/write：對有WRITE_EXTERNAL_STORAGE權限的應用可見。
出現這三個不同權限目錄的原因是控制不同權限app訪問。然後利用掛載命名空間實現了掛載點的隔離，在不同掛載命名空間的進程，看到的目錄層次不同。
每個app都根據自己的授權，選擇了不同權限的runtime目錄進行訪問，而不同用戶訪問的目錄也根據當前用戶的id區分開了。
軟鏈接&硬鏈接
上文中，我們知道Android文件系統用到了很多軟鏈接，那麼什麼是軟鏈接呢？鏈接又分爲幾種類型呢？
* 軟鏈接
軟鏈接又叫符號鏈接，這個文件包含了另一個文件的路徑名。可以是任意文件或目錄，可以鏈接不同文件系統的文件，類似於windows中的快捷方式。鏈接文件甚至可以鏈接不存在的文件。
* 硬鏈接
硬鏈接相當於一個災備份，數據存放在兩處，與複製不同的是兩處之間存在同步機制，一處數據的改變會實時同步到另一處，另外一處數據如果被刪除了，不會影響到另一處的數據.
硬鏈接，以文件副本的形式存在，但不佔用實際空間。硬鏈接文件有兩個限制：不允許給目錄創建硬鏈接；只有在同一文件系統中的文件之間才能創建鏈接。
權限控制與文件系統
Android 8.0以上開始支持SDcardFS文件系統，它是由三星wrapfs改寫而成。
fuse文件系統（Filesystem in Userspace）
早期的版本android系統使用的是fuse文件系統，用於控制不同APP對文件訪問的權限。
Android將手機內置SD卡與userdata分區合併成爲一個分區。userdata分區使用ext4文件系統存儲數據，訪問userdata分區是直接操作ext4文件系統，而訪問內置SD卡，則是先訪問fuse文件系統，然後再訪問ext4文件系統。
fuse文件系統的基本方法是，創建fuse設備，並將fuse設備掛載到與內置SD卡目錄關聯的目錄。那麼，對內置SD卡的訪問變成了先訪問fuse文件系統，再訪問ext4文件系統。fuse的內核部分創建了多個隊列，其中包含一個pending隊列和一個processing隊列。每當有調用者對內置SD卡的系統調用時，fuse把文件訪問路徑轉換爲對ext4文件系統的操作路徑，設置對應的操作碼，並放入一個請求中。fuse在用戶態有3個監控線程，循環地讀取fuse設備。對fuse設備的讀取操作在內核部分轉換從pending隊列讀取請求，如果隊列中沒有請求，則對應的線程進入睡眠狀態。監控線程讀取到pending隊列中的請求後，把請求轉換爲對ext4文件系統的系統調用操作。系統調用執行完成後，監控線程把執行結果寫入到fuse設備，對fuse設備的寫操作在內核部分轉換爲把結果放入processing隊列。processing隊列依次取出結果，返回給調用者。
fuse需要進行多次的用戶態與內核態交互，這樣就會造成切換開銷。
SDcardFS文件系統
sdcardfs的作用與fuse相同，也是用於控制文件訪問的權限。sdcardfs的工作方式是把內置SD卡目錄掛載到用於權限控制目錄。對內置SD卡的系統調用，先經過sdcardfs，然後把訪問路徑改爲ext4文件系統的真正路徑，再到達ext4文件系統。ext4執行完以後，把結果返回給sdcardfs，再返回給調用者。
sdcardfs的優勢：
- 對同一個文件訪問，fuse需要經過6次用戶態與內核態的切換，但是sdcardfs只需要經過2次切換。
- fuse在內核中有多個隊列，隊列中元素的出列要等帶前面的元素先出列，因此單次文件訪問，fuse比sdcardfs需要更多的時間。當需要進行大量的文件訪問時，累積產生時間差異是可以明顯感覺出來的。
- SDcard由於減少了用戶態與內核態的切換，其理論性能會十分接近真實系統系統。