linux 0.11 文件系统（一）

文件系统和内存管理，以及进程管理是操作系统的核心部分。数据通常以文件的形式存储在设 备上，因此文件系统的基本功能就是以某种格式存取/控制文件。0.11版的内核中采用了minix1.0版的文件系统。在最新的2.6版内核中，借助于 VFS，系统支持50多种文件系统。
首先介绍一下minix文件系统
minix文件系统和标准unix文件系统基本相同。它由6个部分组 成，分别是：引导块，超级块，i节点位图，逻辑块位图，i节点，和数据区。如果存放文件系统的设备不是引导设备，那么引导块可以为空。PC机的块设备通常 以512字节为一个扇区，而文件系统则以盘块为单位使用之。minix中1个盘块等于2个扇区大小。从引导块为第0个盘块开始计算。逻辑块可以为2^n个 盘块，minix中逻辑块大小等于盘块。所以盘块=逻辑块=缓冲块=1024字节。超级块存放文件系统的整体信息。i节点位图描述了i节点的使用情况。文 件通常将控制信息和数据分开存放，i节点就是存放文件的控制信息的，通常称之为inode。逻辑块位图则描述了逻辑块的使用情况。
linux中的 文件范围很广泛，不仅仅指普通文件。用ls -l命令可以发现显示的信息的最左边字符可以为"-","d","s","p","b","c",分别表示正规文件，目录文件，符号连接，命名管道，块设 备，字符设备文件。紧跟在其后的9位字符可以为r,w,x,s,S等，描述了文件的访问权限。后面的信息有文件的用户名，组名，文件大小，修改日期等，这 些信息当然是放在inode中的。文件名除外。那么文件系统是如何被加载的呢？在系统启动过程中，具体是在任务1的init()函数中，通过setup系 统调用加载的，该函数调用mount_root()函数读取根文件系统的超级块和根inode节点。
下面，就结合文件系统的上述要素，及其数据结构讲解minix1.0文件系统。
1.超级块
struct super_block{
        unsigned short s_niodes; //节点数
        unsigned short s_nzones; //逻辑块数
        unsigned short s_imap_blocks; //i节点位图所占的数据块数
        unsigned short s_zmap_blocks; //逻辑块位图所占用的数据块数
        unsigned short s_firstdatazone; //第一个数据逻辑块号
        unsigned short s_log_zone_size; //log2(数据块数/逻辑块)
        unsigned short s_max_size; //文件的最大长度
        unsigned short s_magic ;   //文件系统魔数
//以下的字段仅出现在内存中
        struct buffer_head* s_imap[8];//i节点位图在缓冲区中的指针
        struct buffer_head* s_zmap[8];//逻辑块位图在缓冲区中的指针
        unsigned short s_dev;//超级块所在的设备号
        struct m_inode *s_isup;//被安装的文件系统的根节点
        struct m_inode *s_imount; //被安装到的i节点
        unsigned long s_time; //修改时间
        struct task_struct *s_wait; //等待该超级块的进程
        unsigned char s_lock; //被锁定标志
        unsigned char s_rd_only; //只读标志
        unsigned char s_dirt; //已修改标志
};
每个文件系统都要有一个超级块。内核维护一个超级块数组：
struct super_block super_block[NR_SUPER];
当一个文件系统被加载时，就将它的超级块读到这个数组中，并读取它的i节点和逻辑块位图到super_block的相应数组中。卸载一个文件系统时就执行相反的操作。
super.c 文件中实现了对超级块的操作，包括get_super,put_super,read_super，另外还有sys_umount,sys_mount, mount_root函数。get_super是从超级块数组中搜索指定设备的超级块。所以它要求相应的文件系统已加载或者已读到数组中。 read_super则是从盘上读取超级块。put_super是释放超级块以及相应的位图，这在sys_umount函数中被调用。
我们来看一下read_super这个函数。
static struct super_block *read_super(int dev)
{
        struct super_block *s;
        struct buffer_head *bh;
        int i,block;
        if(!dev)
                return NULL;
//检查设备是否更换，这里是检查软盘是否更换，如果更换那么就释放其超级块，并使其位图和缓冲区无效
        check_disk_change(dev);
//如果该超级块已经在超级块数组中，那么就获取它并返回
        if(s=get_super(dev))
                return s;
//否则就先在超级块数组中找到一个空项，准备读取后填充
        for(s=0+super_block;;s++){
                if(s>=NR_SUPER+super_block)
                        return NULL;
                if(!s->dev)
                        break;
        }
//找到空项后初始化它
        s->s_dev=dev;
        s->s_isup=NULL;
        s->s_imount=NULL;
        s->s_time=0;
        s->s_rd_only=0;
        s->s_dirt=0;
//然后锁定该超级块，并从设备上读取超级块。超级块在第1块
        lock_super(s);
        if(!(bh=bread(dev,1))
                s->s_dev=0;
                free_super(s);
                return NULL;
        }
//然后将读取到的超级块从缓冲块读到超级块数组中
        *((struct d_super_block*)s)=*((struct d_super_block*)bh->data);
        brelse(bh);
//判断文件系统魔数是不是0x137f,minix的魔数
        if(s->s_magic!=SUPER_MAGIC){
                s->s_dev=0;
                free_super(s);
                return NULL;
        }
//然后就读取设备上的i节点和逻辑块位图到缓冲区中,先初始化指针数组。I_MAP_SLOTS和Z_MAP_SLOTS都等于8，所以共有1024*8*8个比特用于描述逻辑块。而每个逻辑块为1024字节，所以minix1.0最大支持64M的文件系统。
        for(i=0;i<I_MAP_SLOTS;i++)
                s->s_imap=NULL;
        for(i=0;i<Z_MAP_SLOTS;i++)
                s->s_zmap=NULL;
        block=2;
        for(i=0;i<s->s_imap_blocks;i++)
                if(s->s_imap=bread(dev,block))
                        block++;
                else
                        break;
        for(i=0;i<s->s_zmap_blocks;i++)
                if(s->s_zmap=bread(dev,block))
                        block++;
                else
                        break;
//如果读出的块数不等于因该站有的块数，则说明文件系统位图有问题，则释放掉所有申请的资源后退出
        if(block!=2+s->s_imap_blocks+s->s_zmap_blocks){
                for(i=0;i<I_MAP_SLOTS;i++)
                        brelse(s->s_imap);
                for(i=0;i<Z_MAP-SLOTS;i++)
                        brelse(s->s_zmap);
                s->s_dev=0;
                free_super(s);
                return NULL;
        }
//对于申请空闲i节点的函数来讲，如果设备上所与的i节点都被使用，则返回为0。所以0号节点不能使用，逻辑块也是如此。
        s->s_imap[0]->b_data[0]|=1;
        s->s_zmap[0]->b_data[0]|=1;
//解锁超级块，返回超级块指针。       
        free_super(s);
        return s;       
}
超级块就讲这么多，关于几个加载的函数在介绍了其他的部分后再介绍。在下一篇文章，我会介绍i节点，位图的操作，目录项概念，以及如何根据文件的路径名找出它的inode节点。

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