6.s081 学习实验记录（十）file system

文章目录

- 一、Large files
- - 简介
  - 提示
  - 实验代码
  - 实验结果
- 二、Symbolic links
- - 简介
  - 提示
  - 实验代码
  - 实验结果

首先切换到 fs 分支

$ git fetch
$ git checkout fs
$ make clean

一、Large files

简介

该实验需要我们增大xv6文件的最大大小，目前xv6的最大文件大小为 268个块，即 268 * BSIZE。这是因为 xv6 包含12个直接块号和一个一级间接块号，最大索引 12 + 256 = 268 个块。

bigfile 命令将创建xv6允许的最大文件，并报告其大小，未进行实验前结果如图：
在这里插入图片描述
我们需要让xv6支持二级间接块，这样支持的索引块号最大为 11 + 256 + 256 * 256 = 65803 个，这样即可满足 bigfile 的测试要求。

我们的任务：修改 bmap() 函数让其可以支持二重间接块号，

提示

磁盘文件的inode定义由 fs.h 的 struct inode 定义
主目录中的 mkfs 程序用于创建 xv6 文件系统磁盘硬件并确定该磁盘总共多少数据块，磁盘的总大小由 kernel/param.h 中的FSSIZE 控制，当前分支已经将磁盘的大小改为 20w 个块大小
在磁盘上查找文件数据的函数是 fs.c 的 bmap()，阅读它并确保知道该函数在做什么。该函数在读取和写入文件时都会被调用，写入时bmap()根据需要分配新的块来保存内容，并根据需要分配间接块来保存块地址。
可以将 bmap() 函数理解为将文件的逻辑块号映射为磁盘的物理块号，该函数的 bn 参数表示逻辑块号。而 ip->addrs[] 数组下标和 bread() 需要的都是物理块号，因此 bmap() 需要将 bn 转换为物理块号
如果修改NDIRECT的定义，应该同时修改 file.h 中 struct inode 的addrs[]数组的大小，需要让他们保证元素数目一致
不要忘记在 bread() 后对读取的块使用 brelse() 函数
确保 itrunc() 可以释放所有块，包括二级间接块

实验代码

本实验中磁盘的最大已经改为20w，因此无需通过mkfs重新创建磁盘。我们只需要修改bmap()即可。

fs.h

#define NDIRECT 11
#define ONE_LEVEL_INDIRECT_IDX 11
#define TWO_LEVEL_INDIRECT_IDX 12
#define NINDIRECT (BSIZE / sizeof(uint))
#define N_TWO_INDIRECT NINDIRECT * NINDIRECT
#define MAXFILE (NDIRECT + NINDIRECT + N_TWO_INDIRECT)// On-disk inode structure
struct dinode {short type;           // File typeshort major;          // Major device number (T_DEVICE only)short minor;          // Minor device number (T_DEVICE only)short nlink;          // Number of links to inode in file systemuint size;            // Size of file (bytes)uint addrs[NDIRECT+2];   // Data block addresses
};

fs.c

struct {struct spinlock lock;struct inode inode[TWO_LEVEL_INDIRECT_IDX];
} itable;static uint
bmap(struct inode *ip, uint bn)
{uint addr, *a;struct buf *bp;// 如果是直接块if(bn < NDIRECT){if((addr = ip->addrs[bn]) == 0)ip->addrs[bn] = addr = balloc(ip->dev);return addr;}bn -= NDIRECT;// 如果属于一级间接块的范围if(bn < NINDIRECT){// Load indirect block, allocating if necessary.if((addr = ip->addrs[NDIRECT]) == 0)ip->addrs[NDIRECT] = addr = balloc(ip->dev);bp = bread(ip->dev, addr);a = (uint*)bp->data;if((addr = a[bn]) == 0){a[bn] = addr = balloc(ip->dev);log_write(bp);}brelse(bp);return addr;}bn -= NINDIRECT;// 属于二级索引块// 二级索引块地址 ---> 二级索引块，内容为一级索引块地址 ---> 一级索引块，内容为实际数据块地址 ---> 数据块if(bn < N_TWO_INDIRECT){// 加载二级间接索引块，如果二级索引块还未分配，则分配一个数据块作为二级索引块// 如果二级索引块不存在，为其分配地址，并记录在 addrs 数组对应的位置if((addr = ip->addrs[TWO_LEVEL_INDIRECT_IDX]) == 0){ip->addrs[TWO_LEVEL_INDIRECT_IDX] = addr = balloc(ip->dev);}// 读取二级索引块，内容为一级索引块地址bp = bread(ip->dev, addr);a = (uint*)bp->data;// bn 必定是可以整除 NINDIRECT 的数，决定查询一级索引的第几项，如果此时一级索引块也未分配// 分配一级索引块，并将地址记录到对应的二级索引块中if((addr = a[bn / NINDIRECT]) == 0){a[bn / NINDIRECT] = addr = balloc(ip->dev);log_write(bp);}brelse(bp);// 读取一级索引块的内容bp = bread(ip->dev, addr);a = (uint*)bp->data;// 得到在一级索引块中实际数据块的idx，如果不存在，则分配if((addr = a[bn % NINDIRECT]) == 0){a[bn % NINDIRECT] = addr = balloc(ip->dev);log_write(bp);}brelse(bp);return addr;}panic("bmap: out of range");
}

实验结果

usertests -q（该程序至少需要运行1分半）
userstest -q

二、Symbolic links

简介

实现符号链接(软链接)
目标：实现 symlink(char *target, char *path) 系统调用，该系统调用在path表示路径下创建一个新的符号链接，引用target路径。最终通过symlinktest测试。

提示

创建一个新的系统调用 symlink，在 user/usys.pl, user/user.h添加对应的项，在 kernel/sysfile.c 中实现sys_symlink()函数
在 kernel/stat.h 中添加T_SYMLINK文件类型，表示符号链接类型的文件
kernel/fcntl.h添加一个新的flag标志位O_NOFOLLOW，该标记位将在 open() 系统调用中使用。注意flag标记位在open() 中使用时需要使用按位或(or)。
实现 symlink 系统调用的逻辑，需要在一个地方先缓存 target 路径，可以选择存储在 inode的数据块中，同时该系统调用应该在成功时返回0，失败时返回-1
修改 open()系统调用，在打开一个符号链接文件时，如果其引用的对象不存在，则打开失败，如果存在，则打开其引用的对象
如果符号链接文件引用的文件依然是符号链接文件，那么需要递归的去引用，直到遇到一个非链接文件。如果递归变为循环递归，需要返回错误，且需要添加一个递归阈值(例如10)以防止无限制递归。
其他系统调用，操作符号链接文件本身时，就应该操作该文件本身(例如 link、unlink)。
无需处理对于目录的符号链接

实验代码

kernel/fcntl.h

#define O_NOFOLLOW 0x004

kernel/stat.h

#define T_SYMLINK  4  // symbol link

user/user.h

int symlink(char *target, char *path);

user/usys.pl

entry("symlink");

makefile

$U/_symlinktest\

kernel/syscall.h

#define SYS_symlink  22

kernel/syscall.c

extern uint64 sys_symlink(void);static uint64 (*syscalls[])(void) = {
// ...
[SYS_close]   sys_close,
[SYS_symlink] sys_symlink,
};

kernel/sysfile.c：sys_symlink 可以参考 sys_link

uint64
sys_symlink(void){char target[MAXPATH];char path[MAXPATH];struct inode *ip;if((argstr(0, target, MAXPATH)) < 0 || argstr(1, path, MAXPATH) < 0)return -1;begin_op();// 如果是目录，返回错误if((ip = namei(target)) != 0){ilock(ip);if(ip->type == T_DIR){iunlock(ip);end_op();return -1;}iunlock(ip);}// 创建软链接文件，返回的是一个上锁的fdip = create(path, T_SYMLINK, 0, 0);if(ip == 0){end_op();return -1;}// 将 target 路径写入到软链接文件中if(writei(ip, 0, (uint64)target, 0, strlen(target) + 1) <= 0) {end_op();return -1;}iunlockput(ip);end_op();return 0;
}

kernel/sysfile.c：修改 sys_open()，添加对于软链接文件的处理

uint64
sys_open(void){// ...begin_op();if(omode & O_CREATE){ip = create(path, T_FILE, 0, 0);if(ip == 0){end_op();return -1;}} else {if((ip = namei(path)) == 0){end_op();return -1;}ilock(ip);if(ip->type == T_DIR && omode != O_RDONLY){iunlockput(ip);end_op();return -1;}if (ip->type == T_SYMLINK && !(omode & O_NOFOLLOW)) {int total = 10;while (ip->type == T_SYMLINK && total > 0) {// 读取软链接文件中存储的 target 路径if(readi(ip, 0, (uint64)path, 0, ip->size) != ip->size) {iunlockput(ip);end_op();return -1;}iunlockput(ip); //释放软链接文件的锁// ip重新赋值为软链接 target 指向的文件if((ip = namei(path)) == 0) {end_op();return -1;}// 锁住，进行下一轮判断ilock(ip);total--;}// 超过循环上限if (total == 0) {iunlockput(ip);end_op();return -1;}}}// ... 其他代码
}