第14章 文件系统
文件系统概念简介
inode、简介块索引表、文件控制块FCB简介
FAT文件存储格式：（落后）
UNIX操作系统中的索引结构——inode
将一部分块放在索引表中，如果文件很大，将其他块放在另一个索引表，具体做法是：每个索引表中共 15 个索引项，暂时称此索引表为老索引表。老索引表中前 12 个索引项是文件的前 12 个块的地址，它们是文件的直接块，即可直接获得地址的块。若文件大于 12 个块，那就再建立个新的块索引表，新索引表称为一级间接块索引表，表中可容纳 256 个块的地址，各表项都是块的地址，这 256 个块地址需要通过一级间接块索引表才能获得，因此称为“间接块”，这也是一级间接块索引表中包含“间接”二字的原因。
文件系统为实现文件管理方案，必然会创造出一些辅助管理的数据结构，只要用于管理、控制文件相关信息的数据结构都被称为 FCB (File Contd Block），即文件控制块， inode 也是这种结构，因此 inode是 FCB 的一种。
目录项与目录简介
在 Linux 中，目录和文件都用 inode 来表示，因此目录也是文件，只是目录是包含文件的文件 。
如果该 inode 表示的是普通文件，此 inode 指向的数据块中的内容应该是普通文件自己的数据。如果该 inode表示的是目录文件，此 inode 指向的数据块中的内容应该是该目录下的目录项
有了目录项后，通过文件名找文件实体数据块的流程是 。
( l ）在目录中找到文件名所在的目录项 。
(2 ）从目录项中获取 inode 编号 。
(3 ）用 inode 编号作为 inode 数组的索引下标，找到 inode
(4 ）从该 inode 中获取数据块的地址，读取数据块 。
超级块和文件系统布局
创建文件系统
创建超级快、i节点、目录项
#ifndef __FS_SUPER_BLOCK_H
#define __FS_SUPER_BLOCK_H
#include "stdint.h"
/* 超级块 */
struct super_block {
uint32_t magic; // 用来标识文件系统类型,支持多文件系统的操作系统通过此标志来识别文件系统类型
uint32_t sec_cnt; // 本分区总共的扇区数
uint32_t inode_cnt; // 本分区中inode数量
uint32_t part_lba_base; // 本分区的起始lba地址
uint32_t block_bitmap_lba; // 块位图本身起始扇区地址
uint32_t block_bitmap_sects; // 扇区位图本身占用的扇区数量
uint32_t inode_bitmap_lba; // i结点位图起始扇区lba地址
uint32_t inode_bitmap_sects; // i结点位图占用的扇区数量
uint32_t inode_table_lba; // i结点表起始扇区lba地址
uint32_t inode_table_sects; // i结点表占用的扇区数量
uint32_t data_start_lba; // 数据区开始的第一个扇区号
uint32_t root_inode_no; // 根目录所在的I结点号
uint32_t dir_entry_size; // 目录项大小
uint8_t pad[460]; // 加上460字节,凑够512字节1扇区大小
} __attribute__ ((packed));
#endif
#ifndef __FS_INODE_H
#define __FS_INODE_H
#include "stdint.h"
#include "list.h"
/* inode结构 */
struct inode {
uint32_t i_no; // inode编号
/* 当此inode是文件时,i_size是指文件大小,
若此inode是目录,i_size是指该目录下所有目录项大小之和*/
uint32_t i_size;
uint32_t i_open_cnts; // 记录此文件被打开的次数
bool write_deny; // 写文件不能并行,进程写文件前检查此标识
/* i_sectors[0-11]是直接块, i_sectors[12]用来存储一级间接块指针 */
uint32_t i_sectors[13];
struct list_elem inode_tag;
};
#endif
#ifndef __FS_DIR_H
#define __FS_DIR_H
#include "stdint.h"
#include "inode.h"
#include "ide.h"
#include "global.h"
#define MAX_FILE_NAME_LEN 16 // 最大文件名长度
/* 目录结构 */
struct dir {
struct inode* inode;
uint32_t dir_pos; // 记录在目录内的偏移
uint8_t dir_buf[512]; // 目录的数据缓存
};
/* 目录项结构 */
struct dir_entry {
char filename[MAX_FILE_NAME_LEN]; // 普通文件或目录名称
uint32_t i_no; // 普通文件或目录对应的inode编号
enum file_types f_type; // 文件类型
};
#endif
#ifndef __FS_FS_H
#define __FS_FS_H
#include "stdint.h"
#include "ide.h"
#define MAX_FILES_PER_PART 4096 // 每个分区所支持最大创建的文件数
#define BITS_PER_SECTOR 4096 // 每扇区的位数
#define SECTOR_SIZE 512 // 扇区字节大小
#define BLOCK_SIZE SECTOR_SIZE // 块字节大小
/* 文件类型 */
enum file_types {
FT_UNKNOWN, // 不支持的文件类型
FT_REGULAR, // 普通文件
FT_DIRECTORY // 目录
};
void filesys_init(void);
#endif
创建文件系统
#include "fs.h"
#include "super_block.h"
#include "inode.h"
#include "dir.h"
#include "stdint.h"
#include "stdio-kernel.h"
#include "list.h"
#include "string.h"
#include "ide.h"
#include "global.h"
#include "debug.h"
#include "memory.h"
/* 格式化分区,也就是初始化分区的元信息,创建文件系统 */
static void partition_format(struct partition* part) {
/* 为方便实现,一个块大小是一扇区 */
uint32_t boot_sector_sects = 1;
uint32_t super_block_sects = 1;
uint32_t inode_bitmap_sects = DIV_ROUND_UP(MAX_FILES_PER_PART, BITS_PER_SECTOR); // I结点位图占用的扇区数.最多支持4096个文件
uint32_t inode_table_sects = DIV_ROUND_UP(((sizeof(struct inode) * MAX_FILES_PER_PART)), SECTOR_SIZE);
uint32_t used_sects = boot_sector_sects + super_block_sects + inode_bitmap_sects + inode_table_sects;
uint32_t free_sects = part->sec_cnt - used_sects;
/************** 简单处理块位图占据的扇区数 ***************/
uint32_t block_bitmap_sects;
block_bitmap_sects = DIV_ROUND_UP(free_sects, BITS_PER_SECTOR);
/* block_bitmap_bit_len是位图中位的长度,也是可用块的数量 */
uint32_t block_bitmap_bit_len = free_sects - block_bitmap_sects;
block_bitmap_sects = DIV_ROUND_UP(block_bitmap_bit_len, BITS_PER_SECTOR);
/*********************************************************/
/* 超级块初始化 */
struct super_block sb;
sb.magic = 0x19590318;
sb.sec_cnt = part->sec_cnt;
sb.inode_cnt = MAX_FILES_PER_PART;
sb.part_lba_base = part->start_lba;
sb.block_bitmap_lba = sb.part_lba_base + 2; // 第0块是引导块,第1块是超级块
sb.block_bitmap_sects = block_bitmap_sects;
sb.inode_bitmap_lba = sb.block_bitmap_lba + sb.block_bitmap_sects;
sb.inode_bitmap_sects = inode_bitmap_sects;
sb.inode_table_lba = sb.inode_bitmap_lba + sb.inode_bitmap_sects;
sb.inode_table_sects = inode_table_sects;
sb.data_start_lba = sb.inode_table_lba + sb.inode_table_sects;
sb.root_inode_no = 0;
sb.dir_entry_size = sizeof(struct dir_entry);
printk("%s info:\n", part->name);
printk(" magic:0x%x\n part_lba_base:0x%x\n all_sectors:0x%x\n inode_cnt:0x%x\n block_bitmap_lba:0x%x\n block_bitmap_sectors:0x%x\n inode_bitmap_lba:0x%x\n inode_bitmap_sectors:0x%x\n inode_table_lba:0x%x\n inode_table_sectors:0x%x\n data_start_lba:0x%x\n", sb.magic, sb.part_lba_base, sb.sec_cnt, sb.inode_cnt, sb.block_bitmap_lba, sb.block_bitmap_sects, sb.inode_bitmap_lba, sb.inode_bitmap_sects, sb.inode_table_lba, sb.inode_table_sects, sb.data_start_lba);
struct disk* hd = part->my_disk;
/*******************************
* 1 将超级块写入本分区的1扇区 *
******************************/
ide_write(hd, part->start_lba + 1, &sb, 1);
printk(" super_block_lba:0x%x\n", part->start_lba + 1);
/* 找出数据量最大的元信息,用其尺寸做存储缓冲区*/
uint32_t buf_size = (sb.block_bitmap_sects >= sb.inode_bitmap_sects ? sb.block_bitmap_sects : sb.inode_bitmap_sects);
buf_size = (buf_size >= sb.inode_table_sects ? buf_size : sb.inode_table_sects) * SECTOR_SIZE;
uint8_t* buf = (uint8_t*)sys_malloc(buf_size); // 申请的内存由内存管理系统清0后返回
/**************************************
* 2 将块位图初始化并写入sb.block_bitmap_lba *
*************************************/
/* 初始化块位图block_bitmap */
buf[0] |= 0x01; // 第0个块预留给根目录,位图中先占位
uint32_t block_bitmap_last_byte = block_bitmap_bit_len / 8;
uint8_t block_bitmap_last_bit = block_bitmap_bit_len % 8;
uint32_t last_size = SECTOR_SIZE - (block_bitmap_last_byte % SECTOR_SIZE); // last_size是位图所在最后一个扇区中，不足一扇区的其余部分
/* 1 先将位图最后一字节到其所在的扇区的结束全置为1,即超出实际块数的部分直接置为已占用*/
memset(&buf[block_bitmap_last_byte], 0xff, last_size);
/* 2 再将上一步中覆盖的最后一字节内的有效位重新置0 */
uint8_t bit_idx = 0;
while (bit_idx <= block_bitmap_last_bit) {
buf[block_bitmap_last_byte] &= ~(1 << bit_idx++);
}
ide_write(hd, sb.block_bitmap_lba, buf, sb.block_bitmap_sects);
/***************************************
* 3 将inode位图初始化并写入sb.inode_bitmap_lba *
***************************************/
/* 先清空缓冲区*/
memset(buf, 0, buf_size);
buf[0] |= 0x1; // 第0个inode分给了根目录
/* 由于inode_table中共4096个inode,位图inode_bitmap正好占用1扇区,
* 即inode_bitmap_sects等于1, 所以位图中的位全都代表inode_table中的inode,
* 无须再像block_bitmap那样单独处理最后一扇区的剩余部分,
* inode_bitmap所在的扇区中没有多余的无效位 */
ide_write(hd, sb.inode_bitmap_lba, buf, sb.inode_bitmap_sects);
/***************************************
* 4 将inode数组初始化并写入sb.inode_table_lba *
***************************************/
/* 准备写inode_table中的第0项,即根目录所在的inode */
memset(buf, 0, buf_size); // 先清空缓冲区buf
struct inode* i = (struct inode*)buf;
i->i_size = sb.dir_entry_size * 2; // .和..
i->i_no = 0; // 根目录占inode数组中第0个inode
i->i_sectors[0] = sb.data_start_lba; // 由于上面的memset,i_sectors数组的其它元素都初始化为0
ide_write(hd, sb.inode_table_lba, buf, sb.inode_table_sects);
/***************************************
* 5 将根目录初始化并写入sb.data_start_lba
***************************************/
/* 写入根目录的两个目录项.和.. */
memset(buf, 0, buf_size);
struct dir_entry* p_de = (struct dir_entry*)buf;
/* 初始化当前目录"." */
memcpy(p_de->filename, ".", 1);
p_de->i_no = 0;
p_de->f_type = FT_DIRECTORY;
p_de++;
/* 初始化当前目录父目录".." */
memcpy(p_de->filename, "..", 2);
p_de->i_no = 0; // 根目录的父目录依然是根目录自己
p_de->f_type = FT_DIRECTORY;
/* sb.data_start_lba已经分配给了根目录,里面是根目录的目录项 */
ide_write(hd, sb.data_start_lba, buf, 1);
printk(" root_dir_lba:0x%x\n", sb.data_start_lba);
printk("%s format done\n", part->name);
sys_free(buf);
}
/* 在磁盘上搜索文件系统,若没有则格式化分区创建文件系统 */
void filesys_init() {
uint8_t channel_no = 0, dev_no, part_idx = 0;
/* sb_buf用来存储从硬盘上读入的超级块 */
struct super_block* sb_buf = (struct super_block*)sys_malloc(SECTOR_SIZE);
if (sb_buf == NULL) {
PANIC("alloc memory failed!");
}
printk("searching filesystem......\n");
while (channel_no < channel_cnt) {
dev_no = 0;
while(dev_no < 2) {
if (dev_no == 0) { // 跨过裸盘hd60M.img
dev_no++;
continue;
}
struct disk* hd = &channels[channel_no].devices[dev_no];
struct partition* part = hd->prim_parts;
while(part_idx < 12) { // 4个主分区+8个逻辑
if (part_idx == 4) { // 开始处理逻辑分区
part = hd->logic_parts;
}
/* channels数组是全局变量,默认值为0,disk属于其嵌套结构,
* partition又为disk的嵌套结构,因此partition中的成员默认也为0.
* 若partition未初始化,则partition中的成员仍为0.
* 下面处理存在的分区. */
if (part->sec_cnt != 0) { // 如果分区存在
memset(sb_buf, 0, SECTOR_SIZE);
/* 读出分区的超级块,根据魔数是否正确来判断是否存在文件系统 */
ide_read(hd, part->start_lba + 1, sb_buf, 1);
/* 只支持自己的文件系统.若磁盘上已经有文件系统就不再格式化了 */
if (sb_buf->magic == 0x19590318) {
printk("%s has filesystem\n", part->name);
} else { // 其它文件系统不支持,一律按无文件系统处理
printk("formatting %s`s partition %s......\n", hd->name, part->name);
partition_format(part);
}
}
part_idx++;
part++; // 下一分区
}
dev_no++; // 下一磁盘
}
channel_no++; // 下一通道
}
sys_free(sb_buf);
}
创建文件系统就是创建文件系统所需要的元信息，这包括超级块位置及大小、 空闲块位图的位置及大小 、inode 位图的位置及大小 、 inode 数组的位置及大小、 空闲块起始地址、 根目录起始地址 。 创建步骤如下：
( l ）根据分区 part 大小， 计算分区文件系统各元信息需要的扇区数及位置 。
( 2 ）在 内 存中 创建超级块，将以上步骤计算的元信息写入超级块。
(3 ）将超级块写入磁盘。
( 4 ）将元信息写入磁盘上各自的位置。
( 5 ）将根目录写入磁盘 。
挂载分区
#include "fs.h"
#include "super_block.h"
#include "inode.h"
#include "dir.h"
#include "stdint.h"
#include "stdio-kernel.h"
#include "list.h"
#include "string.h"
#include "ide.h"
#include "global.h"
#include "debug.h"
#include "memory.h"
struct partition* cur_part; // 默认情况下操作的是哪个分区
/* 在分区链表中找到名为part_name的分区,并将其指针赋值给cur_part */
static bool mount_partition(struct list_elem* pelem, int arg) {
char* part_name = (char*)arg;
struct partition* part = elem2entry(struct partition, part_tag, pelem);
if (!strcmp(part->name, part_name)) {
cur_part = part;
struct disk* hd = cur_part->my_disk;
/* sb_buf用来存储从硬盘上读入的超级块 */
struct super_block* sb_buf = (struct super_block*)sys_malloc(SECTOR_SIZE);
/* 在内存中创建分区cur_part的超级块 */
cur_part->sb = (struct super_block*)sys_malloc(sizeof(struct super_block));
if (cur_part->sb == NULL) {
PANIC("alloc memory failed!");
}
/* 读入超级块 */
memset(sb_buf, 0, SECTOR_SIZE);
ide_read(hd, cur_part->start_lba + 1, sb_buf, 1);
/* 把sb_buf中超级块的信息复制到分区的超级块sb中。*/
memcpy(cur_part->sb, sb_buf, sizeof(struct super_block));
/********** 将硬盘上的块位图读入到内存 ****************/
cur_part->block_bitmap.bits = (uint8_t*)sys_malloc(sb_buf->block_bitmap_sects * SECTOR_SIZE);
if (cur_part->block_bitmap.bits == NULL) {
PANIC("alloc memory failed!");
}
cur_part->block_bitmap.btmp_bytes_len = sb_buf->block_bitmap_sects * SECTOR_SIZE;
/* 从硬盘上读入块位图到分区的block_bitmap.bits */
ide_read(hd, sb_buf->block_bitmap_lba, cur_part->block_bitmap.bits, sb_buf->block_bitmap_sects);
/*************************************************************/
/********** 将硬盘上的inode位图读入到内存 ************/
cur_part->inode_bitmap.bits = (uint8_t*)sys_malloc(sb_buf->inode_bitmap_sects * SECTOR_SIZE);
if (cur_part->inode_bitmap.bits == NULL) {
PANIC("alloc memory failed!");
}
cur_part->inode_bitmap.btmp_bytes_len = sb_buf->inode_bitmap_sects * SECTOR_SIZE;
/* 从硬盘上读入inode位图到分区的inode_bitmap.bits */
ide_read(hd, sb_buf->inode_bitmap_lba, cur_part->inode_bitmap.bits, sb_buf->inode_bitmap_sects);
/*************************************************************/
list_init(&cur_part->open_inodes);
printk("mount %s done!\n", part->name);
/* 此处返回true是为了迎合主调函数list_traversal的实现,与函数本身功能无关。
只有返回true时list_traversal才会停止遍历,减少了后面元素无意义的遍历.*/
return true;
}
return false; // 使list_traversal继续遍历
}
/* 格式化分区,也就是初始化分区的元信息,创建文件系统 */
static void partition_format(struct partition* part) {
/* 为方便实现,一个块大小是一扇区 */
uint32_t boot_sector_sects = 1;
uint32_t super_block_sects = 1;
uint32_t inode_bitmap_sects = DIV_ROUND_UP(MAX_FILES_PER_PART, BITS_PER_SECTOR); // I结点位图占用的扇区数.最多支持4096个文件
uint32_t inode_table_sects = DIV_ROUND_UP(((sizeof(struct inode) * MAX_FILES_PER_PART)), SECTOR_SIZE);
uint32_t used_sects = boot_sector_sects + super_block_sects + inode_bitmap_sects + inode_table_sects;
uint32_t free_sects = part->sec_cnt - used_sects;
/************** 简单处理块位图占据的扇区数 ***************/
uint32_t block_bitmap_sects;
block_bitmap_sects = DIV_ROUND_UP(free_sects, BITS_PER_SECTOR);
/* block_bitmap_bit_len是位图中位的长度,也是可用块的数量 */
uint32_t block_bitmap_bit_len = free_sects - block_bitmap_sects;
block_bitmap_sects = DIV_ROUND_UP(block_bitmap_bit_len, BITS_PER_SECTOR);
/*********************************************************/
/* 超级块初始化 */
struct super_block sb;
sb.magic = 0x19590318;
sb.sec_cnt = part->sec_cnt;
sb.inode_cnt = MAX_FILES_PER_PART;
sb.part_lba_base = part->start_lba;
sb.block_bitmap_lba = sb.part_lba_base + 2; // 第0块是引导块,第1块是超级块
sb.block_bitmap_sects = block_bitmap_sects;
sb.inode_bitmap_lba = sb.block_bitmap_lba + sb.block_bitmap_sects;
sb.inode_bitmap_sects = inode_bitmap_sects;
sb.inode_table_lba = sb.inode_bitmap_lba + sb.inode_bitmap_sects;
sb.inode_table_sects = inode_table_sects;
sb.data_start_lba = sb.inode_table_lba + sb.inode_table_sects;
sb.root_inode_no = 0;
sb.dir_entry_size = sizeof(struct dir_entry);
printk("%s info:\n", part->name);
printk(" magic:0x%x\n part_lba_base:0x%x\n all_sectors:0x%x\n inode_cnt:0x%x\n block_bitmap_lba:0x%x\n block_bitmap_sectors:0x%x\n inode_bitmap_lba:0x%x\n inode_bitmap_sectors:0x%x\n inode_table_lba:0x%x\n inode_table_sectors:0x%x\n data_start_lba:0x%x\n", sb.magic, sb.part_lba_base, sb.sec_cnt, sb.inode_cnt, sb.block_bitmap_lba, sb.block_bitmap_sects, sb.inode_bitmap_lba, sb.inode_bitmap_sects, sb.inode_table_lba, sb.inode_table_sects, sb.data_start_lba);
struct disk* hd = part->my_disk;
/*******************************
* 1 将超级块写入本分区的1扇区 *
******************************/
ide_write(hd, part->start_lba + 1, &sb, 1);
printk(" super_block_lba:0x%x\n", part->start_lba + 1);
/* 找出数据量最大的元信息,用其尺寸做存储缓冲区*/
uint32_t buf_size = (sb.block_bitmap_sects >= sb.inode_bitmap_sects ? sb.block_bitmap_sects : sb.inode_bitmap_sects);
buf_size = (buf_size >= sb.inode_table_sects ? buf_size : sb.inode_table_sects) * SECTOR_SIZE;
uint8_t* buf = (uint8_t*)sys_malloc(buf_size); // 申请的内存由内存管理系统清0后返回
/**************************************
* 2 将块位图初始化并写入sb.block_bitmap_lba *
*************************************/
/* 初始化块位图block_bitmap */
buf[0] |= 0x01; // 第0个块预留给根目录,位图中先占位
uint32_t block_bitmap_last_byte = block_bitmap_bit_len / 8;
uint8_t block_bitmap_last_bit = block_bitmap_bit_len % 8;
uint32_t last_size = SECTOR_SIZE - (block_bitmap_last_byte % SECTOR_SIZE); // last_size是位图所在最后一个扇区中，不足一扇区的其余部分
/* 1 先将位图最后一字节到其所在的扇区的结束全置为1,即超出实际块数的部分直接置为已占用*/
memset(&buf[block_bitmap_last_byte], 0xff, last_size);
/* 2 再将上一步中覆盖的最后一字节内的有效位重新置0 */
uint8_t bit_idx = 0;
while (bit_idx <= block_bitmap_last_bit) {
buf[block_bitmap_last_byte] &= ~(1 << bit_idx++);
}
ide_write(hd, sb.block_bitmap_lba, buf, sb.block_bitmap_sects);
/***************************************
* 3 将inode位图初始化并写入sb.inode_bitmap_lba *
***************************************/
/* 先清空缓冲区*/
memset(buf, 0, buf_size);
buf[0] |= 0x1; // 第0个inode分给了根目录
/* 由于inode_table中共4096个inode,位图inode_bitmap正好占用1扇区,
* 即inode_bitmap_sects等于1, 所以位图中的位全都代表inode_table中的inode,
* 无须再像block_bitmap那样单独处理最后一扇区的剩余部分,
* inode_bitmap所在的扇区中没有多余的无效位 */
ide_write(hd, sb.inode_bitmap_lba, buf, sb.inode_bitmap_sects);
/***************************************
* 4 将inode数组初始化并写入sb.inode_table_lba *
***************************************/
/* 准备写inode_table中的第0项,即根目录所在的inode */
memset(buf, 0, buf_size); // 先清空缓冲区buf
struct inode* i = (struct inode*)buf;
i->i_size = sb.dir_entry_size * 2; // .和..
i->i_no = 0; // 根目录占inode数组中第0个inode
i->i_sectors[0] = sb.data_start_lba; // 由于上面的memset,i_sectors数组的其它元素都初始化为0
ide_write(hd, sb.inode_table_lba, buf, sb.inode_table_sects);
/***************************************
* 5 将根目录初始化并写入sb.data_start_lba
***************************************/
/* 写入根目录的两个目录项.和.. */
memset(buf, 0, buf_size);
struct dir_entry* p_de = (struct dir_entry*)buf;
/* 初始化当前目录"." */
memcpy(p_de->filename, ".", 1);
p_de->i_no = 0;
p_de->f_type = FT_DIRECTORY;
p_de++;
/* 初始化当前目录父目录".." */
memcpy(p_de->filename, "..", 2);
p_de->i_no = 0; // 根目录的父目录依然是根目录自己
p_de->f_type = FT_DIRECTORY;
/* sb.data_start_lba已经分配给了根目录,里面是根目录的目录项 */
ide_write(hd, sb.data_start_lba, buf, 1);
printk(" root_dir_lba:0x%x\n", sb.data_start_lba);
printk("%s format done\n", part->name);
sys_free(buf);
}
/* 在磁盘上搜索文件系统,若没有则格式化分区创建文件系统 */
void filesys_init() {
uint8_t channel_no = 0, dev_no, part_idx = 0;
/* sb_buf用来存储从硬盘上读入的超级块 */
struct super_block* sb_buf = (struct super_block*)sys_malloc(SECTOR_SIZE);
if (sb_buf == NULL) {
PANIC("alloc memory failed!");
}
printk("searching filesystem......\n");
while (channel_no < channel_cnt) {
dev_no = 0;
while(dev_no < 2) {
if (dev_no == 0) { // 跨过裸盘hd60M.img
dev_no++;
continue;
}
struct disk* hd = &channels[channel_no].devices[dev_no];
struct partition* part = hd->prim_parts;
while(part_idx < 12) { // 4个主分区+8个逻辑
if (part_idx == 4) { // 开始处理逻辑分区
part = hd->logic_parts;
}
/* channels数组是全局变量,默认值为0,disk属于其嵌套结构,
* partition又为disk的嵌套结构,因此partition中的成员默认也为0.
* 若partition未初始化,则partition中的成员仍为0.
* 下面处理存在的分区. */
if (part->sec_cnt != 0) { // 如果分区存在
memset(sb_buf, 0, SECTOR_SIZE);
/* 读出分区的超级块,根据魔数是否正确来判断是否存在文件系统 */
ide_read(hd, part->start_lba + 1, sb_buf, 1);
/* 只支持自己的文件系统.若磁盘上已经有文件系统就不再格式化了 */
if (sb_buf->magic == 0x19590318) {
printk("%s has filesystem\n", part->name);
} else { // 其它文件系统不支持,一律按无文件系统处理
printk("formatting %s`s partition %s......\n", hd->name, part->name);
partition_format(part);
}
}
part_idx++;
part++; // 下一分区
}
dev_no++; // 下一磁盘
}
channel_no++; // 下一通道
}
sys_free(sb_buf);
/* 确定默认操作的分区 */
char default_part[8] = "sdb1";
/* 挂载分区 */
list_traversal(&partition_list, mount_partition, (int)default_part);
}
文件描述符简介
文件描述符原理
文件描述符即 file descriptor，但凡叫“描述符”的数据结构都用于描述一个对象，文件描述符所描述的对象是文件的操作。
Linux 提供了称为“文件结构”的数据结构（也称为日le 结构），专门用于记录与文件操作相关的信息，每次打开一个文件就会产生一个文件结构，多次打开该文件就为该文件生成多个文件结构，各自文件操作的偏移量分别记录在不同的文件结构中，从而实现了“即使同一个文件被同时多次打开，各自操作的偏移量也互不影响”的灵活性。
在 Linux 中每个进程都有单独的、完全相同的一套文件描述符，因此它们与其他进程的文件描述符互不干涉，这些文件描述符被组织成文件描述符数组统一管理。文件描述符数组中的前 3 个都是标准的文件描述符，如文件描述符 0 表示标准输入， l 表示标准输出， 2 表示标准错误。
( 1) 在全局的 inode 队列中新建一 inode （这肯定是在空位置处新建），然后返回该 inode 地址。
(2 ）在全局的文件表中的找一空位，在该位置填充文件结构，使其创 inode 指向上一步中返回的 inode地址，然后返回本文件结构在文件表中的下标值 。
(3 ）在 PCB 中的文件描述符数组中找一空位，使该位置的值指向上一步中返回的文件结构下标，井返回本文件描述符在文件描述符数组中的下标值。
文件描述符的实现
/* 进程或线程的pcb,程序控制块 */
struct task_struct {
uint32_t* self_kstack; // 各内核线程都用自己的内核栈
pid_t pid;
enum task_status status;
char name[16];
uint8_t priority;
uint8_t ticks; // 每次在处理器上执行的时间嘀嗒数
/* 此任务自上cpu运行后至今占用了多少cpu嘀嗒数,
* 也就是此任务执行了多久*/
uint32_t elapsed_ticks;
int32_t fd_table[MAX_FILES_OPEN_PER_PROC]; // 文件描述符数组
/* general_tag的作用是用于线程在一般的队列中的结点 */
struct list_elem general_tag;
/* all_list_tag的作用是用于线程队列thread_all_list中的结点 */
struct list_elem all_list_tag;
uint32_t* pgdir; // 进程自己页表的虚拟地址
struct virtual_addr userprog_vaddr; // 用户进程的虚拟地址
struct mem_block_desc u_block_desc[DESC_CNT]; // 用户进程内存块描述符
uint32_t stack_magic; // 用这串数字做栈的边界标记,用于检测栈的溢出
};
/* 初始化线程栈thread_stack,将待执行的函数和参数放到thread_stack中相应的位置 */
void thread_create(struct task_struct* pthread, thread_func function, void* func_arg) {
/* 先预留中断使用栈的空间,可见thread.h中定义的结构 */
pthread->self_kstack -= sizeof(struct intr_stack);
/* 再留出线程栈空间,可见thread.h中定义 */
pthread->self_kstack -= sizeof(struct thread_stack);
struct thread_stack* kthread_stack = (struct thread_stack*)pthread->self_kstack;
kthread_stack->eip = kernel_thread;
kthread_stack->function = function;
kthread_stack->func_arg = func_arg;
kthread_stack->ebp = kthread_stack->ebx = kthread_stack->esi = kthread_stack->edi = 0;
}
/* 初始化线程基本信息 */
void init_thread(struct task_struct* pthread, char* name, int prio) {
memset(pthread, 0, sizeof(*pthread));
pthread->pid = allocate_pid();
strcpy(pthread->name, name);
if (pthread == main_thread) {
/* 由于把main函数也封装成一个线程,并且它一直是运行的,故将其直接设为TASK_RUNNING */
pthread->status = TASK_RUNNING;
} else {
pthread->status = TASK_READY;
}
/* self_kstack是线程自己在内核态下使用的栈顶地址 */
pthread->self_kstack = (uint32_t*)((uint32_t)pthread + PG_SIZE);
pthread->priority = prio;
pthread->ticks = prio;
pthread->elapsed_ticks = 0;
pthread->pgdir = NULL;
/* 预留标准输入输出 */
pthread->fd_table[0] = 0;
pthread->fd_table[1] = 1;
pthread->fd_table[2] = 2;
/* 其余的全置为-1 */
uint8_t fd_idx = 3;
while (fd_idx < MAX_FILES_OPEN_PER_PROC) {
pthread->fd_table[fd_idx] = -1;
fd_idx++;
}
pthread->stack_magic = 0x19870916; // 自定义的魔数
}
文件操作相关的基础函数
inode的操作有关的函数
#include "inode.h"
#include "fs.h"
#include "file.h"
#include "global.h"
#include "debug.h"
#include "memory.h"
#include "interrupt.h"
#include "list.h"
#include "stdio-kernel.h"
#include "string.h"
#include "super_block.h"
/* 用来存储inode位置 */
struct inode_position {
bool two_sec; // inode是否跨扇区
uint32_t sec_lba; // inode所在的扇区号
uint32_t off_size; // inode在扇区内的字节偏移量
};
/* 获取inode所在的扇区和扇区内的偏移量 */
static void inode_locate(struct partition* part, uint32_t inode_no, struct inode_position* inode_pos) {
/* inode_table在硬盘上是连续的 */
ASSERT(inode_no < 4096);
uint32_t inode_table_lba = part->sb->inode_table_lba;
uint32_t inode_size = sizeof(struct inode);
uint32_t off_size = inode_no * inode_size; // 第inode_no号I结点相对于inode_table_lba的字节偏移量
uint32_t off_sec = off_size / 512; // 第inode_no号I结点相对于inode_table_lba的扇区偏移量
uint32_t off_size_in_sec = off_size % 512; // 待查找的inode所在扇区中的起始地址
/* 判断此i结点是否跨越2个扇区 */
uint32_t left_in_sec = 512 - off_size_in_sec;
if (left_in_sec < inode_size ) { // 若扇区内剩下的空间不足以容纳一个inode,必然是I结点跨越了2个扇区
inode_pos->two_sec = true;
} else { // 否则,所查找的inode未跨扇区
inode_pos->two_sec = false;
}
inode_pos->sec_lba = inode_table_lba + off_sec;
inode_pos->off_size = off_size_in_sec;
}
/* 将inode写入到分区part */
void inode_sync(struct partition* part, struct inode* inode, void* io_buf) { // io_buf是用于硬盘io的缓冲区
uint8_t inode_no = inode->i_no;
struct inode_position inode_pos;
inode_locate(part, inode_no, &inode_pos); // inode位置信息会存入inode_pos
ASSERT(inode_pos.sec_lba <= (part->start_lba + part->sec_cnt));
/* 硬盘中的inode中的成员inode_tag和i_open_cnts是不需要的,
* 它们只在内存中记录链表位置和被多少进程共享 */
struct inode pure_inode;
memcpy(&pure_inode, inode, sizeof(struct inode));
/* 以下inode的三个成员只存在于内存中,现在将inode同步到硬盘,清掉这三项即可 */
pure_inode.i_open_cnts = 0;
pure_inode.write_deny = false; // 置为false,以保证在硬盘中读出时为可写
pure_inode.inode_tag.prev = pure_inode.inode_tag.next = NULL;
char* inode_buf = (char*)io_buf;
if (inode_pos.two_sec) { // 若是跨了两个扇区,就要读出两个扇区再写入两个扇区
/* 读写硬盘是以扇区为单位,若写入的数据小于一扇区,要将原硬盘上的内容先读出来再和新数据拼成一扇区后再写入 */
ide_read(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 2); // inode在format中写入硬盘时是连续写入的,所以读入2块扇区
/* 开始将待写入的inode拼入到这2个扇区中的相应位置 */
memcpy((inode_buf + inode_pos.off_size), &pure_inode, sizeof(struct inode));
/* 将拼接好的数据再写入磁盘 */
ide_write(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 2);
} else { // 若只是一个扇区
ide_read(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 1);
memcpy((inode_buf + inode_pos.off_size), &pure_inode, sizeof(struct inode));
ide_write(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 1);
}
}
/* 根据i结点号返回相应的i结点 */
struct inode* inode_open(struct partition* part, uint32_t inode_no) {
/* 先在已打开inode链表中找inode,此链表是为提速创建的缓冲区 */
struct list_elem* elem = part->open_inodes.head.next;
struct inode* inode_found;
while (elem != &part->open_inodes.tail) {
inode_found = elem2entry(struct inode, inode_tag, elem);
if (inode_found->i_no == inode_no) {
inode_found->i_open_cnts++;
return inode_found;
}
elem = elem->next;
}
/*由于open_inodes链表中找不到,下面从硬盘上读入此inode并加入到此链表 */
struct inode_position inode_pos;
/* inode位置信息会存入inode_pos, 包括inode所在扇区地址和扇区内的字节偏移量 */
inode_locate(part, inode_no, &inode_pos);
/* 为使通过sys_malloc创建的新inode被所有任务共享,
* 需要将inode置于内核空间,故需要临时
* 将cur_pbc->pgdir置为NULL */
struct task_struct* cur = running_thread();
uint32_t* cur_pagedir_bak = cur->pgdir;
cur->pgdir = NULL;
/* 以上三行代码完成后下面分配的内存将位于内核区 */
inode_found = (struct inode*)sys_malloc(sizeof(struct inode));
/* 恢复pgdir */
cur->pgdir = cur_pagedir_bak;
char* inode_buf;
if (inode_pos.two_sec) { // 考虑跨扇区的情况
inode_buf = (char*)sys_malloc(1024);
/* i结点表是被partition_format函数连续写入扇区的,
* 所以下面可以连续读出来 */
ide_read(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 2);
} else { // 否则,所查找的inode未跨扇区,一个扇区大小的缓冲区足够
inode_buf = (char*)sys_malloc(512);
ide_read(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 1);
}
memcpy(inode_found, inode_buf + inode_pos.off_size, sizeof(struct inode));
/* 因为一会很可能要用到此inode,故将其插入到队首便于提前检索到 */
list_push(&part->open_inodes, &inode_found->inode_tag);
inode_found->i_open_cnts = 1;
sys_free(inode_buf);
return inode_found;
}
/* 关闭inode或减少inode的打开数 */
void inode_close(struct inode* inode) {
/* 若没有进程再打开此文件,将此inode去掉并释放空间 */
enum intr_status old_status = intr_disable();
if (--inode->i_open_cnts == 0) {
list_remove(&inode->inode_tag); // 将I结点从part->open_inodes中去掉
/* inode_open时为实现inode被所有进程共享,
* 已经在sys_malloc为inode分配了内核空间,
* 释放inode时也要确保释放的是内核内存池 */
struct task_struct* cur = running_thread();
uint32_t* cur_pagedir_bak = cur->pgdir;
cur->pgdir = NULL;
sys_free(inode);
cur->pgdir = cur_pagedir_bak;
}
intr_set_status(old_status);
}
/* 初始化new_inode */
void inode_init(uint32_t inode_no, struct inode* new_inode) {
new_inode->i_no = inode_no;
new_inode->i_size = 0;
new_inode->i_open_cnts = 0;
new_inode->write_deny = false;
/* 初始化块索引数组i_sector */
uint8_t sec_idx = 0;
while (sec_idx < 13) {
/* i_sectors[12]为一级间接块地址 */
new_inode->i_sectors[sec_idx] = 0;
sec_idx++;
}
}
文件相关的函数
#ifndef __FS_FILE_H
#define __FS_FILE_H
#include "stdint.h"
#include "ide.h"
#include "dir.h"
#include "global.h"
/* 文件结构 */
struct file {
uint32_t fd_pos; // 记录当前文件操作的偏移地址,以0为起始,最大为文件大小-1
uint32_t fd_flag;
struct inode* fd_inode;
};
/* 标准输入输出描述符 */
enum std_fd {
stdin_no, // 0 标准输入
stdout_no, // 1 标准输出
stderr_no // 2 标准错误
};
/* 位图类型 */
enum bitmap_type {
INODE_BITMAP, // inode位图
BLOCK_BITMAP // 块位图
};
#define MAX_FILE_OPEN 32 // 系统可打开的最大文件数
extern struct file file_table[MAX_FILE_OPEN];
int32_t inode_bitmap_alloc(struct partition* part);
int32_t block_bitmap_alloc(struct partition* part);
int32_t file_create(struct dir* parent_dir, char* filename, uint8_t flag);
void bitmap_sync(struct partition* part, uint32_t bit_idx, uint8_t btmp);
int32_t get_free_slot_in_global(void);
int32_t pcb_fd_install(int32_t globa_fd_idx);
#endif
#include "file.h"
#include "fs.h"
#include "super_block.h"
#include "inode.h"
#include "stdio-kernel.h"
#include "memory.h"
#include "debug.h"
#include "interrupt.h"
#include "string.h"
#include "thread.h"
#include "global.h"
#define DEFAULT_SECS 1
/* 文件表 */
struct file file_table[MAX_FILE_OPEN];
/* 从文件表file_table中获取一个空闲位,成功返回下标,失败返回-1 */
int32_t get_free_slot_in_global(void) {
uint32_t fd_idx = 3;
while (fd_idx < MAX_FILE_OPEN) {
if (file_table[fd_idx].fd_inode == NULL) {
break;
}
fd_idx++;
}
if (fd_idx == MAX_FILE_OPEN) {
printk("exceed max open files\n");
return -1;
}
return fd_idx;
}
/* 将全局描述符下标安装到进程或线程自己的文件描述符数组fd_table中,
* 成功返回下标,失败返回-1 */
int32_t pcb_fd_install(int32_t globa_fd_idx) {
struct task_struct* cur = running_thread();
uint8_t local_fd_idx = 3; // 跨过stdin,stdout,stderr
while (local_fd_idx < MAX_FILES_OPEN_PER_PROC) {
if (cur->fd_table[local_fd_idx] == -1) { // -1表示free_slot,可用
cur->fd_table[local_fd_idx] = globa_fd_idx;
break;
}
local_fd_idx++;
}
if (local_fd_idx == MAX_FILES_OPEN_PER_PROC) {
printk("exceed max open files_per_proc\n");
return -1;
}
return local_fd_idx;
}
/* 分配一个i结点,返回i结点号 */
int32_t inode_bitmap_alloc(struct partition* part) {
int32_t bit_idx = bitmap_scan(&part->inode_bitmap, 1);
if (bit_idx == -1) {
return -1;
}
bitmap_set(&part->inode_bitmap, bit_idx, 1);
return bit_idx;
}
/* 分配1个扇区,返回其扇区地址 */
int32_t block_bitmap_alloc(struct partition* part) {
int32_t bit_idx = bitmap_scan(&part->block_bitmap, 1);
if (bit_idx == -1) {
return -1;
}
bitmap_set(&part->block_bitmap, bit_idx, 1);
/* 和inode_bitmap_malloc不同,此处返回的不是位图索引,而是具体可用的扇区地址 */
return (part->sb->data_start_lba + bit_idx);
}
/* 将内存中bitmap第bit_idx位所在的512字节同步到硬盘 */
void bitmap_sync(struct partition* part, uint32_t bit_idx, uint8_t btmp_type) {
uint32_t off_sec = bit_idx / 4096; // 本i结点索引相对于位图的扇区偏移量
uint32_t off_size = off_sec * BLOCK_SIZE; // 本i结点索引相对于位图的字节偏移量
uint32_t sec_lba;
uint8_t* bitmap_off;
/* 需要被同步到硬盘的位图只有inode_bitmap和block_bitmap */
switch (btmp_type) {
case INODE_BITMAP:
sec_lba = part->sb->inode_bitmap_lba + off_sec;
bitmap_off = part->inode_bitmap.bits + off_size;
break;
case BLOCK_BITMAP:
sec_lba = part->sb->block_bitmap_lba + off_sec;
bitmap_off = part->block_bitmap.bits + off_size;
break;
}
ide_write(part->my_disk, sec_lba, bitmap_off, 1);
}
/* 创建文件,若成功则返回文件描述符,否则返回-1 */
int32_t file_create(struct dir* parent_dir, char* filename, uint8_t flag) {
/* 后续操作的公共缓冲区 */
void* io_buf = sys_malloc(1024);
if (io_buf == NULL) {
printk("in file_creat: sys_malloc for io_buf failed\n");
return -1;
}
uint8_t rollback_step = 0; // 用于操作失败时回滚各资源状态
/* 为新文件分配inode */
int32_t inode_no = inode_bitmap_alloc(cur_part);
if (inode_no == -1) {
printk("in file_creat: allocate inode failed\n");
return -1;
}
/* 此inode要从堆中申请内存,不可生成局部变量(函数退出时会释放)
* 因为file_table数组中的文件描述符的inode指针要指向它.*/
struct inode* new_file_inode = (struct inode*)sys_malloc(sizeof(struct inode));
if (new_file_inode == NULL) {
printk("file_create: sys_malloc for inode failded\n");
rollback_step = 1;
goto rollback;
}
inode_init(inode_no, new_file_inode); // 初始化i结点
/* 返回的是file_table数组的下标 */
int fd_idx = get_free_slot_in_global();
if (fd_idx == -1) {
printk("exceed max open files\n");
rollback_step = 2;
goto rollback;
}
file_table[fd_idx].fd_inode = new_file_inode;
file_table[fd_idx].fd_pos = 0;
file_table[fd_idx].fd_flag = flag;
file_table[fd_idx].fd_inode->write_deny = false;
struct dir_entry new_dir_entry;
memset(&new_dir_entry, 0, sizeof(struct dir_entry));
create_dir_entry(filename, inode_no, FT_REGULAR, &new_dir_entry); // create_dir_entry只是内存操作不出意外,不会返回失败
/* 同步内存数据到硬盘 */
/* a 在目录parent_dir下安装目录项new_dir_entry, 写入硬盘后返回true,否则false */
if (!sync_dir_entry(parent_dir, &new_dir_entry, io_buf)) {
printk("sync dir_entry to disk failed\n");
rollback_step = 3;
goto rollback;
}
memset(io_buf, 0, 1024);
/* b 将父目录i结点的内容同步到硬盘 */
inode_sync(cur_part, parent_dir->inode, io_buf);
memset(io_buf, 0, 1024);
/* c 将新创建文件的i结点内容同步到硬盘 */
inode_sync(cur_part, new_file_inode, io_buf);
/* d 将inode_bitmap位图同步到硬盘 */
bitmap_sync(cur_part, inode_no, INODE_BITMAP);
/* e 将创建的文件i结点添加到open_inodes链表 */
list_push(&cur_part->open_inodes, &new_file_inode->inode_tag);
new_file_inode->i_open_cnts = 1;
sys_free(io_buf);
return pcb_fd_install(fd_idx);
/*创建文件需要创建相关的多个资源,若某步失败则会执行到下面的回滚步骤 */
rollback:
switch (rollback_step) {
case 3:
/* 失败时,将file_table中的相应位清空 */
memset(&file_table[fd_idx], 0, sizeof(struct file));
case 2:
sys_free(new_file_inode);
case 1:
/* 如果新文件的i结点创建失败,之前位图中分配的inode_no也要恢复 */
bitmap_set(&cur_part->inode_bitmap, inode_no, 0);
break;
}
sys_free(io_buf);
return -1;
}
目录相关的函数
#include "dir.h"
#include "stdint.h"
#include "inode.h"
#include "file.h"
#include "fs.h"
#include "stdio-kernel.h"
#include "global.h"
#include "debug.h"
#include "memory.h"
#include "string.h"
#include "interrupt.h"
#include "super_block.h"
struct dir root_dir; // 根目录
/* 打开根目录 */
void open_root_dir(struct partition* part) {
root_dir.inode = inode_open(part, part->sb->root_inode_no);
root_dir.dir_pos = 0;
}
/* 在分区part上打开i结点为inode_no的目录并返回目录指针 */
struct dir* dir_open(struct partition* part, uint32_t inode_no) {
struct dir* pdir = (struct dir*)sys_malloc(sizeof(struct dir));
pdir->inode = inode_open(part, inode_no);
pdir->dir_pos = 0;
return pdir;
}
/* 在part分区内的pdir目录内寻找名为name的文件或目录,
* 找到后返回true并将其目录项存入dir_e,否则返回false */
bool search_dir_entry(struct partition* part, struct dir* pdir, \
const char* name, struct dir_entry* dir_e) {
uint32_t block_cnt = 140; // 12个直接块+128个一级间接块=140块
/* 12个直接块大小+128个间接块,共560字节 */
uint32_t* all_blocks = (uint32_t*)sys_malloc(48 + 512);
if (all_blocks == NULL) {
printk("search_dir_entry: sys_malloc for all_blocks failed");
return false;
}
uint32_t block_idx = 0;
while (block_idx < 12) {
all_blocks[block_idx] = pdir->inode->i_sectors[block_idx];
block_idx++;
}
block_idx = 0;
if (pdir->inode->i_sectors[12] != 0) { // 若含有一级间接块表
ide_read(part->my_disk, pdir->inode->i_sectors[12], all_blocks + 12, 1);
}
/* 至此,all_blocks存储的是该文件或目录的所有扇区地址 */
/* 写目录项的时候已保证目录项不跨扇区,
* 这样读目录项时容易处理, 只申请容纳1个扇区的内存 */
uint8_t* buf = (uint8_t*)sys_malloc(SECTOR_SIZE);
struct dir_entry* p_de = (struct dir_entry*)buf; // p_de为指向目录项的指针,值为buf起始地址
uint32_t dir_entry_size = part->sb->dir_entry_size;
uint32_t dir_entry_cnt = SECTOR_SIZE / dir_entry_size; // 1扇区内可容纳的目录项个数
/* 开始在所有块中查找目录项 */
while (block_idx < block_cnt) {
/* 块地址为0时表示该块中无数据,继续在其它块中找 */
if (all_blocks[block_idx] == 0) {
block_idx++;
continue;
}
ide_read(part->my_disk, all_blocks[block_idx], buf, 1);
uint32_t dir_entry_idx = 0;
/* 遍历扇区中所有目录项 */
while (dir_entry_idx < dir_entry_cnt) {
/* 若找到了,就直接复制整个目录项 */
if (!strcmp(p_de->filename, name)) {
memcpy(dir_e, p_de, dir_entry_size);
sys_free(buf);
sys_free(all_blocks);
return true;
}
dir_entry_idx++;
p_de++;
}
block_idx++;
p_de = (struct dir_entry*)buf; // 此时p_de已经指向扇区内最后一个完整目录项了,需要恢复p_de指向为buf
memset(buf, 0, SECTOR_SIZE); // 将buf清0,下次再用
}
sys_free(buf);
sys_free(all_blocks);
return false;
}
/* 关闭目录 */
void dir_close(struct dir* dir) {
/************* 根目录不能关闭 ***************
*1 根目录自打开后就不应该关闭,否则还需要再次open_root_dir();
*2 root_dir所在的内存是低端1M之内,并非在堆中,free会出问题 */
if (dir == &root_dir) {
/* 不做任何处理直接返回*/
return;
}
inode_close(dir->inode);
sys_free(dir);
}
/* 在内存中初始化目录项p_de */
void create_dir_entry(char* filename, uint32_t inode_no, uint8_t file_type, struct dir_entry* p_de) {
ASSERT(strlen(filename) <= MAX_FILE_NAME_LEN);
/* 初始化目录项 */
memcpy(p_de->filename, filename, strlen(filename));
p_de->i_no = inode_no;
p_de->f_type = file_type;
}
/* 将目录项p_de写入父目录parent_dir中,io_buf由主调函数提供 */
bool sync_dir_entry(struct dir* parent_dir, struct dir_entry* p_de, void* io_buf) {
struct inode* dir_inode = parent_dir->inode;
uint32_t dir_size = dir_inode->i_size;
uint32_t dir_entry_size = cur_part->sb->dir_entry_size;
ASSERT(dir_size % dir_entry_size == 0); // dir_size应该是dir_entry_size的整数倍
uint32_t dir_entrys_per_sec = (512 / dir_entry_size); // 每扇区最大的目录项数目
int32_t block_lba = -1;
/* 将该目录的所有扇区地址(12个直接块+ 128个间接块)存入all_blocks */
uint8_t block_idx = 0;
uint32_t all_blocks[140] = {0}; // all_blocks保存目录所有的块
/* 将12个直接块存入all_blocks */
while (block_idx < 12) {
all_blocks[block_idx] = dir_inode->i_sectors[block_idx];
block_idx++;
}
struct dir_entry* dir_e = (struct dir_entry*)io_buf; // dir_e用来在io_buf中遍历目录项
int32_t block_bitmap_idx = -1;
/* 开始遍历所有块以寻找目录项空位,若已有扇区中没有空闲位,
* 在不超过文件大小的情况下申请新扇区来存储新目录项 */
block_idx = 0;
while (block_idx < 140) { // 文件(包括目录)最大支持12个直接块+128个间接块＝140个块
block_bitmap_idx = -1;
if (all_blocks[block_idx] == 0) { // 在三种情况下分配块
block_lba = block_bitmap_alloc(cur_part);
if (block_lba == -1) {
printk("alloc block bitmap for sync_dir_entry failed\n");
return false;
}
/* 每分配一个块就同步一次block_bitmap */
block_bitmap_idx = block_lba - cur_part->sb->data_start_lba;
ASSERT(block_bitmap_idx != -1);
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
block_bitmap_idx = -1;
if (block_idx < 12) { // 若是直接块
dir_inode->i_sectors[block_idx] = all_blocks[block_idx] = block_lba;
} else if (block_idx == 12) { // 若是尚未分配一级间接块表(block_idx等于12表示第0个间接块地址为0)
dir_inode->i_sectors[12] = block_lba; // 将上面分配的块做为一级间接块表地址
block_lba = -1;
block_lba = block_bitmap_alloc(cur_part); // 再分配一个块做为第0个间接块
if (block_lba == -1) {
block_bitmap_idx = dir_inode->i_sectors[12] - cur_part->sb->data_start_lba;
bitmap_set(&cur_part->block_bitmap, block_bitmap_idx, 0);
dir_inode->i_sectors[12] = 0;
printk("alloc block bitmap for sync_dir_entry failed\n");
return false;
}
/* 每分配一个块就同步一次block_bitmap */
block_bitmap_idx = block_lba - cur_part->sb->data_start_lba;
ASSERT(block_bitmap_idx != -1);
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
all_blocks[12] = block_lba;
/* 把新分配的第0个间接块地址写入一级间接块表 */
ide_write(cur_part->my_disk, dir_inode->i_sectors[12], all_blocks + 12, 1);
} else { // 若是间接块未分配
all_blocks[block_idx] = block_lba;
/* 把新分配的第(block_idx-12)个间接块地址写入一级间接块表 */
ide_write(cur_part->my_disk, dir_inode->i_sectors[12], all_blocks + 12, 1);
}
/* 再将新目录项p_de写入新分配的间接块 */
memset(io_buf, 0, 512);
memcpy(io_buf, p_de, dir_entry_size);
ide_write(cur_part->my_disk, all_blocks[block_idx], io_buf, 1);
dir_inode->i_size += dir_entry_size;
return true;
}
/* 若第block_idx块已存在,将其读进内存,然后在该块中查找空目录项 */
ide_read(cur_part->my_disk, all_blocks[block_idx], io_buf, 1);
/* 在扇区内查找空目录项 */
uint8_t dir_entry_idx = 0;
while (dir_entry_idx < dir_entrys_per_sec) {
if ((dir_e + dir_entry_idx)->f_type == FT_UNKNOWN) { // FT_UNKNOWN为0,无论是初始化或是删除文件后,都会将f_type置为FT_UNKNOWN.
memcpy(dir_e + dir_entry_idx, p_de, dir_entry_size);
ide_write(cur_part->my_disk, all_blocks[block_idx], io_buf, 1);
dir_inode->i_size += dir_entry_size;
return true;
}
dir_entry_idx++;
}
block_idx++;
}
printk("directory is full!\n");
return false;
}
路径解析相关的函数
/* 将最上层路径名称解析出来 */
static char* path_parse(char* pathname, char* name_store) {
if (pathname[0] == '/') { // 根目录不需要单独解析
/* 路径中出现1个或多个连续的字符'/',将这些'/'跳过,如"///a/b" */
while(*(++pathname) == '/');
}
/* 开始一般的路径解析 */
while (*pathname != '/' && *pathname != 0) {
*name_store++ = *pathname++;
}
if (pathname[0] == 0) { // 若路径字符串为空则返回NULL
return NULL;
}
return pathname;
}
/* 返回路径深度,比如/a/b/c,深度为3 */
int32_t path_depth_cnt(char* pathname) {
ASSERT(pathname != NULL);
char* p = pathname;
char name[MAX_FILE_NAME_LEN]; // 用于path_parse的参数做路径解析
uint32_t depth = 0;
/* 解析路径,从中拆分出各级名称 */
p = path_parse(p, name);
while (name[0]) {
depth++;
memset(name, 0, MAX_FILE_NAME_LEN);
if (p) { // 如果p不等于NULL,继续分析路径
p = path_parse(p, name);
}
}
return depth;
}
/* 搜索文件pathname,若找到则返回其inode号,否则返回-1 */
static int search_file(const char* pathname, struct path_search_record* searched_record) {
/* 如果待查找的是根目录,为避免下面无用的查找,直接返回已知根目录信息 */
if (!strcmp(pathname, "/") || !strcmp(pathname, "/.") || !strcmp(pathname, "/..")) {
searched_record->parent_dir = &root_dir;
searched_record->file_type = FT_DIRECTORY;
searched_record->searched_path[0] = 0; // 搜索路径置空
return 0;
}
uint32_t path_len = strlen(pathname);
/* 保证pathname至少是这样的路径/x且小于最大长度 */
ASSERT(pathname[0] == '/' && path_len > 1 && path_len < MAX_PATH_LEN);
char* sub_path = (char*)pathname;
struct dir* parent_dir = &root_dir;
struct dir_entry dir_e;
/* 记录路径解析出来的各级名称,如路径"/a/b/c",
* 数组name每次的值分别是"a","b","c" */
char name[MAX_FILE_NAME_LEN] = {0};
searched_record->parent_dir = parent_dir;
searched_record->file_type = FT_UNKNOWN;
uint32_t parent_inode_no = 0; // 父目录的inode号
sub_path = path_parse(sub_path, name);
while (name[0]) { // 若第一个字符就是结束符,结束循环
/* 记录查找过的路径,但不能超过searched_path的长度512字节 */
ASSERT(strlen(searched_record->searched_path) < 512);
/* 记录已存在的父目录 */
strcat(searched_record->searched_path, "/");
strcat(searched_record->searched_path, name);
/* 在所给的目录中查找文件 */
if (search_dir_entry(cur_part, parent_dir, name, &dir_e)) {
memset(name, 0, MAX_FILE_NAME_LEN);
/* 若sub_path不等于NULL,也就是未结束时继续拆分路径 */
if (sub_path) {
sub_path = path_parse(sub_path, name);
}
if (FT_DIRECTORY == dir_e.f_type) { // 如果被打开的是目录
parent_inode_no = parent_dir->inode->i_no;
dir_close(parent_dir);
parent_dir = dir_open(cur_part, dir_e.i_no); // 更新父目录
searched_record->parent_dir = parent_dir;
continue;
} else if (FT_REGULAR == dir_e.f_type) { // 若是普通文件
searched_record->file_type = FT_REGULAR;
return dir_e.i_no;
}
} else { //若找不到,则返回-1
/* 找不到目录项时,要留着parent_dir不要关闭,
* 若是创建新文件的话需要在parent_dir中创建 */
return -1;
}
}
/* 执行到此,必然是遍历了完整路径并且查找的文件或目录只有同名目录存在 */
dir_close(searched_record->parent_dir);
/* 保存被查找目录的直接父目录 */
searched_record->parent_dir = dir_open(cur_part, parent_inode_no);
searched_record->file_type = FT_DIRECTORY;
return dir_e.i_no;
}
/* 打开或创建文件成功后,返回文件描述符,否则返回-1 */
int32_t sys_open(const char* pathname, uint8_t flags) {
/* 对目录要用dir_open,这里只有open文件 */
if (pathname[strlen(pathname) - 1] == '/') {
printk("can`t open a directory %s\n",pathname);
return -1;
}
ASSERT(flags <= 7);
int32_t fd = -1; // 默认为找不到
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record));
/* 记录目录深度.帮助判断中间某个目录不存在的情况 */
uint32_t pathname_depth = path_depth_cnt((char*)pathname);
/* 先检查文件是否存在 */
int inode_no = search_file(pathname, &searched_record);
bool found = inode_no != -1 ? true : false;
if (searched_record.file_type == FT_DIRECTORY) {
printk("can`t open a direcotry with open(), use opendir() to instead\n");
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
}
uint32_t path_searched_depth = path_depth_cnt(searched_record.searched_path);
/* 先判断是否把pathname的各层目录都访问到了,即是否在某个中间目录就失败了 */
if (pathname_depth != path_searched_depth) { // 说明并没有访问到全部的路径,某个中间目录是不存在的
printk("cannot access %s: Not a directory, subpath %s is`t exist\n", \
pathname, searched_record.searched_path);
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
}
/* 若是在最后一个路径上没找到,并且并不是要创建文件,直接返回-1 */
if (!found && !(flags & O_CREAT)) {
printk("in path %s, file %s is`t exist\n", \
searched_record.searched_path, \
(strrchr(searched_record.searched_path, '/') + 1));
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
} else if (found && flags & O_CREAT) { // 若要创建的文件已存在
printk("%s has already exist!\n", pathname);
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
}
switch (flags & O_CREAT) {
case O_CREAT:
printk("creating file\n");
fd = file_create(searched_record.parent_dir, (strrchr(pathname, '/') + 1), flags);
dir_close(searched_record.parent_dir);
// 其余为打开文件
}
/* 此fd是指任务pcb->fd_table数组中的元素下标,
* 并不是指全局file_table中的下标 */
return fd;
}
/* 在磁盘上搜索文件系统,若没有则格式化分区创建文件系统 */
void filesys_init() {
uint8_t channel_no = 0, dev_no, part_idx = 0;
/* sb_buf用来存储从硬盘上读入的超级块 */
struct super_block* sb_buf = (struct super_block*)sys_malloc(SECTOR_SIZE);
if (sb_buf == NULL) {
PANIC("alloc memory failed!");
}
printk("searching filesystem......\n");
while (channel_no < channel_cnt) {
dev_no = 0;
while(dev_no < 2) {
if (dev_no == 0) { // 跨过裸盘hd60M.img
dev_no++;
continue;
}
struct disk* hd = &channels[channel_no].devices[dev_no];
struct partition* part = hd->prim_parts;
while(part_idx < 12) { // 4个主分区+8个逻辑
if (part_idx == 4) { // 开始处理逻辑分区
part = hd->logic_parts;
}
/* channels数组是全局变量,默认值为0,disk属于其嵌套结构,
* partition又为disk的嵌套结构,因此partition中的成员默认也为0.
* 若partition未初始化,则partition中的成员仍为0.
* 下面处理存在的分区. */
if (part->sec_cnt != 0) { // 如果分区存在
memset(sb_buf, 0, SECTOR_SIZE);
/* 读出分区的超级块,根据魔数是否正确来判断是否存在文件系统 */
ide_read(hd, part->start_lba + 1, sb_buf, 1);
/* 只支持自己的文件系统.若磁盘上已经有文件系统就不再格式化了 */
if (sb_buf->magic == 0x19590318) {
printk("%s has filesystem\n", part->name);
} else { // 其它文件系统不支持,一律按无文件系统处理
printk("formatting %s`s partition %s......\n", hd->name, part->name);
partition_format(part);
}
}
part_idx++;
part++; // 下一分区
}
dev_no++; // 下一磁盘
}
channel_no++; // 下一通道
}
sys_free(sb_buf);
/* 确定默认操作的分区 */
char default_part[8] = "sdb1";
/* 挂载分区 */
list_traversal(&partition_list, mount_partition, (int)default_part);
/* 将当前分区的根目录打开 */
open_root_dir(cur_part);
/* 初始化文件表 */
uint32_t fd_idx = 0;
while (fd_idx < MAX_FILE_OPEN) {
file_table[fd_idx++].fd_inode = NULL;
}
}
创建文件
实现file_create
( 1）文件需要 inode 来描述大小、位置等属性 ，所以创建文件就要创建其 inode 。这就涉及到向inode_bitmap 申请位图来获得 inode 号，因此 inode_bitmap 会被更新， inode_table 数组中的某项也会由新的 inode 填充 。
( 2 ) inode->i_sectors 是文件具体存储的扇区地址，这需要向 block_bitmap 申请可用位来获得可用的块（在我们这里，为简化处理， 1 块等于 1 扇区），因此 block_bitmap 会被更新，分区的数据区 data_start_lba以后的某个扇区会被分配 。
(3 ）新增加的文件必然存在于某个目录，所以该目录的 inode->i size 会增加个目录项的大小 。 此新增加的文件对应的目录项需要写入该目录的 inode->i_sectors［］中的某个扇区，原有扇区可能己满，所以有可能要申请新扇区来存储目录项 。
(4 ）若其中某步操作失败，需要回攘之前己成功的操作。
( 5 ) inode_bitmap 、 block_bitmap、新文件的 inode 及文件所在目录的 inode，这些位于内存中已经被改变的数据要同步到硬盘。
/* 创建文件,若成功则返回文件描述符,否则返回-1 */
int32_t file_create(struct dir* parent_dir, char* filename, uint8_t flag) {
/* 后续操作的公共缓冲区 */
void* io_buf = sys_malloc(1024);
if (io_buf == NULL) {
printk("in file_creat: sys_malloc for io_buf failed\n");
return -1;
}
uint8_t rollback_step = 0; // 用于操作失败时回滚各资源状态
/* 为新文件分配inode */
int32_t inode_no = inode_bitmap_alloc(cur_part);
if (inode_no == -1) {
printk("in file_creat: allocate inode failed\n");
return -1;
}
/* 此inode要从堆中申请内存,不可生成局部变量(函数退出时会释放)
* 因为file_table数组中的文件描述符的inode指针要指向它.*/
struct inode* new_file_inode = (struct inode*)sys_malloc(sizeof(struct inode));
if (new_file_inode == NULL) {
printk("file_create: sys_malloc for inode failded\n");
rollback_step = 1;
goto rollback;
}
inode_init(inode_no, new_file_inode); // 初始化i结点
/* 返回的是file_table数组的下标 */
int fd_idx = get_free_slot_in_global();
if (fd_idx == -1) {
printk("exceed max open files\n");
rollback_step = 2;
goto rollback;
}
file_table[fd_idx].fd_inode = new_file_inode;
file_table[fd_idx].fd_pos = 0;
file_table[fd_idx].fd_flag = flag;
file_table[fd_idx].fd_inode->write_deny = false;
struct dir_entry new_dir_entry;
memset(&new_dir_entry, 0, sizeof(struct dir_entry));
create_dir_entry(filename, inode_no, FT_REGULAR, &new_dir_entry); // create_dir_entry只是内存操作不出意外,不会返回失败
/* 同步内存数据到硬盘 */
/* a 在目录parent_dir下安装目录项new_dir_entry, 写入硬盘后返回true,否则false */
if (!sync_dir_entry(parent_dir, &new_dir_entry, io_buf)) {
printk("sync dir_entry to disk failed\n");
rollback_step = 3;
goto rollback;
}
memset(io_buf, 0, 1024);
/* b 将父目录i结点的内容同步到硬盘 */
inode_sync(cur_part, parent_dir->inode, io_buf);
memset(io_buf, 0, 1024);
/* c 将新创建文件的i结点内容同步到硬盘 */
inode_sync(cur_part, new_file_inode, io_buf);
/* d 将inode_bitmap位图同步到硬盘 */
bitmap_sync(cur_part, inode_no, INODE_BITMAP);
/* e 将创建的文件i结点添加到open_inodes链表 */
list_push(&cur_part->open_inodes, &new_file_inode->inode_tag);
new_file_inode->i_open_cnts = 1;
sys_free(io_buf);
return pcb_fd_install(fd_idx);
/*创建文件需要创建相关的多个资源,若某步失败则会执行到下面的回滚步骤 */
rollback:
switch (rollback_step) {
case 3:
/* 失败时,将file_table中的相应位清空 */
memset(&file_table[fd_idx], 0, sizeof(struct file));
case 2:
sys_free(new_file_inode);
case 1:
/* 如果新文件的i结点创建失败,之前位图中分配的inode_no也要恢复 */
bitmap_set(&cur_part->inode_bitmap, inode_no, 0);
break;
}
sys_free(io_buf);
return -1;
}
实现sys_open
/* 打开或创建文件成功后,返回文件描述符,否则返回-1 */
int32_t sys_open(const char* pathname, uint8_t flags) {
/* 对目录要用dir_open,这里只有open文件 */
if (pathname[strlen(pathname) - 1] == '/') {
printk("can`t open a directory %s\n",pathname);
return -1;
}
ASSERT(flags <= 7);
int32_t fd = -1; // 默认为找不到
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record));
/* 记录目录深度.帮助判断中间某个目录不存在的情况 */
uint32_t pathname_depth = path_depth_cnt((char*)pathname);
/* 先检查文件是否存在 */
int inode_no = search_file(pathname, &searched_record);
bool found = inode_no != -1 ? true : false;
if (searched_record.file_type == FT_DIRECTORY) {
printk("can`t open a direcotry with open(), use opendir() to instead\n");
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
}
uint32_t path_searched_depth = path_depth_cnt(searched_record.searched_path);
/* 先判断是否把pathname的各层目录都访问到了,即是否在某个中间目录就失败了 */
if (pathname_depth != path_searched_depth) { // 说明并没有访问到全部的路径,某个中间目录是不存在的
printk("cannot access %s: Not a directory, subpath %s is`t exist\n", \
pathname, searched_record.searched_path);
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
}
/* 若是在最后一个路径上没找到,并且并不是要创建文件,直接返回-1 */
if (!found && !(flags & O_CREAT)) {
printk("in path %s, file %s is`t exist\n", \
searched_record.searched_path, \
(strrchr(searched_record.searched_path, '/') + 1));
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
} else if (found && flags & O_CREAT) { // 若要创建的文件已存在
printk("%s has already exist!\n", pathname);
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
}
switch (flags & O_CREAT) {
case O_CREAT:
printk("creating file\n");
fd = file_create(searched_record.parent_dir, (strrchr(pathname, '/') + 1), flags);
dir_close(searched_record.parent_dir);
// 其余为打开文件
}
/* 此fd是指任务pcb->fd_table数组中的元素下标,
* 并不是指全局file_table中的下标 */
return fd;
}
/* 在磁盘上搜索文件系统,若没有则格式化分区创建文件系统 */
void filesys_init() {
uint8_t channel_no = 0, dev_no, part_idx = 0;
/* sb_buf用来存储从硬盘上读入的超级块 */
struct super_block* sb_buf = (struct super_block*)sys_malloc(SECTOR_SIZE);
if (sb_buf == NULL) {
PANIC("alloc memory failed!");
}
printk("searching filesystem......\n");
while (channel_no < channel_cnt) {
dev_no = 0;
while(dev_no < 2) {
if (dev_no == 0) { // 跨过裸盘hd60M.img
dev_no++;
continue;
}
struct disk* hd = &channels[channel_no].devices[dev_no];
struct partition* part = hd->prim_parts;
while(part_idx < 12) { // 4个主分区+8个逻辑
if (part_idx == 4) { // 开始处理逻辑分区
part = hd->logic_parts;
}
/* channels数组是全局变量,默认值为0,disk属于其嵌套结构,
* partition又为disk的嵌套结构,因此partition中的成员默认也为0.
* 若partition未初始化,则partition中的成员仍为0.
* 下面处理存在的分区. */
if (part->sec_cnt != 0) { // 如果分区存在
memset(sb_buf, 0, SECTOR_SIZE);
/* 读出分区的超级块,根据魔数是否正确来判断是否存在文件系统 */
ide_read(hd, part->start_lba + 1, sb_buf, 1);
/* 只支持自己的文件系统.若磁盘上已经有文件系统就不再格式化了 */
if (sb_buf->magic == 0x19590318) {
printk("%s has filesystem\n", part->name);
} else { // 其它文件系统不支持,一律按无文件系统处理
printk("formatting %s`s partition %s......\n", hd->name, part->name);
partition_format(part);
}
}
part_idx++;
part++; // 下一分区
}
dev_no++; // 下一磁盘
}
channel_no++; // 下一通道
}
sys_free(sb_buf);
/* 确定默认操作的分区 */
char default_part[8] = "sdb1";
/* 挂载分区 */
list_traversal(&partition_list, mount_partition, (int)default_part);
/* 将当前分区的根目录打开 */
open_root_dir(cur_part);
/* 初始化文件表 */
uint32_t fd_idx = 0;
while (fd_idx < MAX_FILE_OPEN) {
file_table[fd_idx++].fd_inode = NULL;
}
}
文件的打开和关闭
文件的打开和关闭
/* 打开编号为inode_no的inode对应的文件,若成功则返回文件描述符,否则返回-1 */
int32_t file_open(uint32_t inode_no, uint8_t flag) {
int fd_idx = get_free_slot_in_global();
if (fd_idx == -1) {
printk("exceed max open files\n");
return -1;
}
file_table[fd_idx].fd_inode = inode_open(cur_part, inode_no);
file_table[fd_idx].fd_pos = 0; // 每次打开文件,要将fd_pos还原为0,即让文件内的指针指向开头
file_table[fd_idx].fd_flag = flag;
bool* write_deny = &file_table[fd_idx].fd_inode->write_deny;
if (flag & O_WRONLY || flag & O_RDWR) { // 只要是关于写文件,判断是否有其它进程正写此文件
// 若是读文件,不考虑write_deny
/* 以下进入临界区前先关中断 */
enum intr_status old_status = intr_disable();
if (!(*write_deny)) { // 若当前没有其它进程写该文件,将其占用.
*write_deny = true; // 置为true,避免多个进程同时写此文件
intr_set_status(old_status); // 恢复中断
} else { // 直接失败返回
intr_set_status(old_status);
printk("file can`t be write now, try again later\n");
return -1;
}
} // 若是读文件或创建文件,不用理会write_deny,保持默认
return pcb_fd_install(fd_idx);
}
/* 关闭文件 */
int32_t file_close(struct file* file) {
if (file == NULL) {
return -1;
}
file->fd_inode->write_deny = false;
inode_close(file->fd_inode);
file->fd_inode = NULL; // 使文件结构可用
return 0;
}
实现文件写入
实现file_write
/* 把buf中的count个字节写入file,成功则返回写入的字节数,失败则返回-1 */
int32_t file_write(struct file* file, const void* buf, uint32_t count) {
if ((file->fd_inode->i_size + count) > (BLOCK_SIZE * 140)) { // 文件目前最大只支持512*140=71680字节
printk("exceed max file_size 71680 bytes, write file failed\n");
return -1;
}
uint8_t* io_buf = sys_malloc(BLOCK_SIZE);
if (io_buf == NULL) {
printk("file_write: sys_malloc for io_buf failed\n");
return -1;
}
uint32_t* all_blocks = (uint32_t*)sys_malloc(BLOCK_SIZE + 48); // 用来记录文件所有的块地址
if (all_blocks == NULL) {
printk("file_write: sys_malloc for all_blocks failed\n");
return -1;
}
const uint8_t* src = buf; // 用src指向buf中待写入的数据
uint32_t bytes_written = 0; // 用来记录已写入数据大小
uint32_t size_left = count; // 用来记录未写入数据大小
int32_t block_lba = -1; // 块地址
uint32_t block_bitmap_idx = 0; // 用来记录block对应于block_bitmap中的索引,做为参数传给bitmap_sync
uint32_t sec_idx; // 用来索引扇区
uint32_t sec_lba; // 扇区地址
uint32_t sec_off_bytes; // 扇区内字节偏移量
uint32_t sec_left_bytes; // 扇区内剩余字节量
uint32_t chunk_size; // 每次写入硬盘的数据块大小
int32_t indirect_block_table; // 用来获取一级间接表地址
uint32_t block_idx; // 块索引
/* 判断文件是否是第一次写,如果是,先为其分配一个块 */
if (file->fd_inode->i_sectors[0] == 0) {
block_lba = block_bitmap_alloc(cur_part);
if (block_lba == -1) {
printk("file_write: block_bitmap_alloc failed\n");
return -1;
}
file->fd_inode->i_sectors[0] = block_lba;
/* 每分配一个块就将位图同步到硬盘 */
block_bitmap_idx = block_lba - cur_part->sb->data_start_lba;
ASSERT(block_bitmap_idx != 0);
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
}
/* 写入count个字节前,该文件已经占用的块数 */
uint32_t file_has_used_blocks = file->fd_inode->i_size / BLOCK_SIZE + 1;
/* 存储count字节后该文件将占用的块数 */
uint32_t file_will_use_blocks = (file->fd_inode->i_size + count) / BLOCK_SIZE + 1;
ASSERT(file_will_use_blocks <= 140);
/* 通过此增量判断是否需要分配扇区,如增量为0,表示原扇区够用 */
uint32_t add_blocks = file_will_use_blocks - file_has_used_blocks;
/* 开始将文件所有块地址收集到all_blocks,(系统中块大小等于扇区大小)
* 后面都统一在all_blocks中获取写入扇区地址 */
if (add_blocks == 0) {
/* 在同一扇区内写入数据,不涉及到分配新扇区 */
if (file_has_used_blocks <= 12 ) { // 文件数据量将在12块之内
block_idx = file_has_used_blocks - 1; // 指向最后一个已有数据的扇区
all_blocks[block_idx] = file->fd_inode->i_sectors[block_idx];
} else {
/* 未写入新数据之前已经占用了间接块,需要将间接块地址读进来 */
ASSERT(file->fd_inode->i_sectors[12] != 0);
indirect_block_table = file->fd_inode->i_sectors[12];
ide_read(cur_part->my_disk, indirect_block_table, all_blocks + 12, 1);
}
} else {
/* 若有增量,便涉及到分配新扇区及是否分配一级间接块表,下面要分三种情况处理 */
/* 第一种情况:12个直接块够用*/
if (file_will_use_blocks <= 12 ) {
/* 先将有剩余空间的可继续用的扇区地址写入all_blocks */
block_idx = file_has_used_blocks - 1;
ASSERT(file->fd_inode->i_sectors[block_idx] != 0);
all_blocks[block_idx] = file->fd_inode->i_sectors[block_idx];
/* 再将未来要用的扇区分配好后写入all_blocks */
block_idx = file_has_used_blocks; // 指向第一个要分配的新扇区
while (block_idx < file_will_use_blocks) {
block_lba = block_bitmap_alloc(cur_part);
if (block_lba == -1) {
printk("file_write: block_bitmap_alloc for situation 1 failed\n");
return -1;
}
/* 写文件时,不应该存在块未使用但已经分配扇区的情况,当文件删除时,就会把块地址清0 */
ASSERT(file->fd_inode->i_sectors[block_idx] == 0); // 确保尚未分配扇区地址
file->fd_inode->i_sectors[block_idx] = all_blocks[block_idx] = block_lba;
/* 每分配一个块就将位图同步到硬盘 */
block_bitmap_idx = block_lba - cur_part->sb->data_start_lba;
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
block_idx++; // 下一个分配的新扇区
}
} else if (file_has_used_blocks <= 12 && file_will_use_blocks > 12) {
/* 第二种情况: 旧数据在12个直接块内,新数据将使用间接块*/
/* 先将有剩余空间的可继续用的扇区地址收集到all_blocks */
block_idx = file_has_used_blocks - 1; // 指向旧数据所在的最后一个扇区
all_blocks[block_idx] = file->fd_inode->i_sectors[block_idx];
/* 创建一级间接块表 */
block_lba = block_bitmap_alloc(cur_part);
if (block_lba == -1) {
printk("file_write: block_bitmap_alloc for situation 2 failed\n");
return -1;
}
ASSERT(file->fd_inode->i_sectors[12] == 0); // 确保一级间接块表未分配
/* 分配一级间接块索引表 */
indirect_block_table = file->fd_inode->i_sectors[12] = block_lba;
block_idx = file_has_used_blocks; // 第一个未使用的块,即本文件最后一个已经使用的直接块的下一块
while (block_idx < file_will_use_blocks) {
block_lba = block_bitmap_alloc(cur_part);
if (block_lba == -1) {
printk("file_write: block_bitmap_alloc for situation 2 failed\n");
return -1;
}
if (block_idx < 12) { // 新创建的0~11块直接存入all_blocks数组
ASSERT(file->fd_inode->i_sectors[block_idx] == 0); // 确保尚未分配扇区地址
file->fd_inode->i_sectors[block_idx] = all_blocks[block_idx] = block_lba;
} else { // 间接块只写入到all_block数组中,待全部分配完成后一次性同步到硬盘
all_blocks[block_idx] = block_lba;
}
/* 每分配一个块就将位图同步到硬盘 */
block_bitmap_idx = block_lba - cur_part->sb->data_start_lba;
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
block_idx++; // 下一个新扇区
}
ide_write(cur_part->my_disk, indirect_block_table, all_blocks + 12, 1); // 同步一级间接块表到硬盘
} else if (file_has_used_blocks > 12) {
/* 第三种情况:新数据占据间接块*/
ASSERT(file->fd_inode->i_sectors[12] != 0); // 已经具备了一级间接块表
indirect_block_table = file->fd_inode->i_sectors[12]; // 获取一级间接表地址
/* 已使用的间接块也将被读入all_blocks,无须单独收录 */
ide_read(cur_part->my_disk, indirect_block_table, all_blocks + 12, 1); // 获取所有间接块地址
block_idx = file_has_used_blocks; // 第一个未使用的间接块,即已经使用的间接块的下一块
while (block_idx < file_will_use_blocks) {
block_lba = block_bitmap_alloc(cur_part);
if (block_lba == -1) {
printk("file_write: block_bitmap_alloc for situation 3 failed\n");
return -1;
}
all_blocks[block_idx++] = block_lba;
/* 每分配一个块就将位图同步到硬盘 */
block_bitmap_idx = block_lba - cur_part->sb->data_start_lba;
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
}
ide_write(cur_part->my_disk, indirect_block_table, all_blocks + 12, 1); // 同步一级间接块表到硬盘
}
}
bool first_write_block = true; // 含有剩余空间的扇区标识
/* 块地址已经收集到all_blocks中,下面开始写数据 */
file->fd_pos = file->fd_inode->i_size - 1; // 置fd_pos为文件大小-1,下面在写数据时随时更新
while (bytes_written < count) { // 直到写完所有数据
memset(io_buf, 0, BLOCK_SIZE);
sec_idx = file->fd_inode->i_size / BLOCK_SIZE;
sec_lba = all_blocks[sec_idx];
sec_off_bytes = file->fd_inode->i_size % BLOCK_SIZE;
sec_left_bytes = BLOCK_SIZE - sec_off_bytes;
/* 判断此次写入硬盘的数据大小 */
chunk_size = size_left < sec_left_bytes ? size_left : sec_left_bytes;
if (first_write_block) {
ide_read(cur_part->my_disk, sec_lba, io_buf, 1);
first_write_block = false;
}
memcpy(io_buf + sec_off_bytes, src, chunk_size);
ide_write(cur_part->my_disk, sec_lba, io_buf, 1);
printk("file write at lba 0x%x\n", sec_lba); //调试,完成后去掉
src += chunk_size; // 将指针推移到下个新数据
file->fd_inode->i_size += chunk_size; // 更新文件大小
file->fd_pos += chunk_size;
bytes_written += chunk_size;
size_left -= chunk_size;
}
inode_sync(cur_part, file->fd_inode, io_buf);
sys_free(all_blocks);
sys_free(io_buf);
return bytes_written;
}
读取文件
实现file_read
/* 从文件file中读取count个字节写入buf, 返回读出的字节数,若到文件尾则返回-1 */
int32_t file_read(struct file* file, void* buf, uint32_t count) {
uint8_t* buf_dst = (uint8_t*)buf;
uint32_t size = count, size_left = size;
/* 若要读取的字节数超过了文件可读的剩余量, 就用剩余量做为待读取的字节数 */
if ((file->fd_pos + count) > file->fd_inode->i_size) {
size = file->fd_inode->i_size - file->fd_pos;
size_left = size;
if (size == 0) { // 若到文件尾则返回-1
return -1;
}
}
uint8_t* io_buf = sys_malloc(BLOCK_SIZE);
if (io_buf == NULL) {
printk("file_read: sys_malloc for io_buf failed\n");
}
uint32_t* all_blocks = (uint32_t*)sys_malloc(BLOCK_SIZE + 48); // 用来记录文件所有的块地址
if (all_blocks == NULL) {
printk("file_read: sys_malloc for all_blocks failed\n");
return -1;
}
uint32_t block_read_start_idx = file->fd_pos / BLOCK_SIZE; // 数据所在块的起始地址
uint32_t block_read_end_idx = (file->fd_pos + size) / BLOCK_SIZE; // 数据所在块的终止地址
uint32_t read_blocks = block_read_start_idx - block_read_end_idx; // 如增量为0,表示数据在同一扇区
ASSERT(block_read_start_idx < 139 && block_read_end_idx < 139);
int32_t indirect_block_table; // 用来获取一级间接表地址
uint32_t block_idx; // 获取待读的块地址
/* 以下开始构建all_blocks块地址数组,专门存储用到的块地址(本程序中块大小同扇区大小) */
if (read_blocks == 0) { // 在同一扇区内读数据,不涉及到跨扇区读取
ASSERT(block_read_end_idx == block_read_start_idx);
if (block_read_end_idx < 12 ) { // 待读的数据在12个直接块之内
block_idx = block_read_end_idx;
all_blocks[block_idx] = file->fd_inode->i_sectors[block_idx];
} else { // 若用到了一级间接块表,需要将表中间接块读进来
indirect_block_table = file->fd_inode->i_sectors[12];
ide_read(cur_part->my_disk, indirect_block_table, all_blocks + 12, 1);
}
} else { // 若要读多个块
/* 第一种情况: 起始块和终止块属于直接块*/
if (block_read_end_idx < 12 ) { // 数据结束所在的块属于直接块
block_idx = block_read_start_idx;
while (block_idx <= block_read_end_idx) {
all_blocks[block_idx] = file->fd_inode->i_sectors[block_idx];
block_idx++;
}
} else if (block_read_start_idx < 12 && block_read_end_idx >= 12) {
/* 第二种情况: 待读入的数据跨越直接块和间接块两类*/
/* 先将直接块地址写入all_blocks */
block_idx = block_read_start_idx;
while (block_idx < 12) {
all_blocks[block_idx] = file->fd_inode->i_sectors[block_idx];
block_idx++;
}
ASSERT(file->fd_inode->i_sectors[12] != 0); // 确保已经分配了一级间接块表
/* 再将间接块地址写入all_blocks */
indirect_block_table = file->fd_inode->i_sectors[12];
ide_read(cur_part->my_disk, indirect_block_table, all_blocks + 12, 1); // 将一级间接块表读进来写入到第13个块的位置之后
} else {
/* 第三种情况: 数据在间接块中*/
ASSERT(file->fd_inode->i_sectors[12] != 0); // 确保已经分配了一级间接块表
indirect_block_table = file->fd_inode->i_sectors[12]; // 获取一级间接表地址
ide_read(cur_part->my_disk, indirect_block_table, all_blocks + 12, 1); // 将一级间接块表读进来写入到第13个块的位置之后
}
}
/* 用到的块地址已经收集到all_blocks中,下面开始读数据 */
uint32_t sec_idx, sec_lba, sec_off_bytes, sec_left_bytes, chunk_size;
uint32_t bytes_read = 0;
while (bytes_read < size) { // 直到读完为止
sec_idx = file->fd_pos / BLOCK_SIZE;
sec_lba = all_blocks[sec_idx];
sec_off_bytes = file->fd_pos % BLOCK_SIZE;
sec_left_bytes = BLOCK_SIZE - sec_off_bytes;
chunk_size = size_left < sec_left_bytes ? size_left : sec_left_bytes; // 待读入的数据大小
memset(io_buf, 0, BLOCK_SIZE);
ide_read(cur_part->my_disk, sec_lba, io_buf, 1);
memcpy(buf_dst, io_buf + sec_off_bytes, chunk_size);
buf_dst += chunk_size;
file->fd_pos += chunk_size;
bytes_read += chunk_size;
size_left -= chunk_size;
}
sys_free(all_blocks);
sys_free(io_buf);
return bytes_read;
}
实现文件读写指针定位功能
/* 重置用于文件读写操作的偏移指针,成功时返回新的偏移量,出错时返回-1 */
int32_t sys_lseek(int32_t fd, int32_t offset, uint8_t whence) {
if (fd < 0) {
printk("sys_lseek: fd error\n");
return -1;
}
ASSERT(whence > 0 && whence < 4);
uint32_t _fd = fd_local2global(fd);
struct file* pf = &file_table[_fd];
int32_t new_pos = 0; //新的偏移量必须位于文件大小之内
int32_t file_size = (int32_t)pf->fd_inode->i_size;
switch (whence) {
/* SEEK_SET 新的读写位置是相对于文件开头再增加offset个位移量 */
case SEEK_SET:
new_pos = offset;
break;
/* SEEK_CUR 新的读写位置是相对于当前的位置增加offset个位移量 */
case SEEK_CUR: // offse可正可负
new_pos = (int32_t)pf->fd_pos + offset;
break;
/* SEEK_END 新的读写位置是相对于文件尺寸再增加offset个位移量 */
case SEEK_END: // 此情况下,offset应该为负值
new_pos = file_size + offset;
}
if (new_pos < 0 || new_pos > (file_size - 1)) {
return -1;
}
pf->fd_pos = new_pos;
return pf->fd_pos;
}
实现文件删除功能
回收inode
（1) inode f立图
( 2 ) inode table
(3) inode 中 i_sectors[O～ 11］中的直接块和一级间接索引块表 i_sectors[12］中的间接块
(4 ）一级间接索引块表本身的扇区地址
/* 将硬盘分区part上的inode清空 */
void inode_delete(struct partition* part, uint32_t inode_no, void* io_buf) {
ASSERT(inode_no < 4096);
struct inode_position inode_pos;
inode_locate(part, inode_no, &inode_pos); // inode位置信息会存入inode_pos
ASSERT(inode_pos.sec_lba <= (part->start_lba + part->sec_cnt));
char* inode_buf = (char*)io_buf;
if (inode_pos.two_sec) { // inode跨扇区,读入2个扇区
/* 将原硬盘上的内容先读出来 */
ide_read(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 2);
/* 将inode_buf清0 */
memset((inode_buf + inode_pos.off_size), 0, sizeof(struct inode));
/* 用清0的内存数据覆盖磁盘 */
ide_write(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 2);
} else { // 未跨扇区,只读入1个扇区就好
/* 将原硬盘上的内容先读出来 */
ide_read(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 1);
/* 将inode_buf清0 */
memset((inode_buf + inode_pos.off_size), 0, sizeof(struct inode));
/* 用清0的内存数据覆盖磁盘 */
ide_write(part->my_disk, inode_pos.sec_lba, inode_buf, 1);
}
}
/* 回收inode的数据块和inode本身 */
void inode_release(struct partition* part, uint32_t inode_no) {
struct inode* inode_to_del = inode_open(part, inode_no);
ASSERT(inode_to_del->i_no == inode_no);
/* 1 回收inode占用的所有块 */
uint8_t block_idx = 0, block_cnt = 12;
uint32_t block_bitmap_idx;
uint32_t all_blocks[140] = {0}; //12个直接块+128个间接块
/* a 先将前12个直接块存入all_blocks */
while (block_idx < 12) {
all_blocks[block_idx] = inode_to_del->i_sectors[block_idx];
block_idx++;
}
/* b 如果一级间接块表存在,将其128个间接块读到all_blocks[12~], 并释放一级间接块表所占的扇区 */
if (inode_to_del->i_sectors[12] != 0) {
ide_read(part->my_disk, inode_to_del->i_sectors[12], all_blocks + 12, 1);
block_cnt = 140;
/* 回收一级间接块表占用的扇区 */
block_bitmap_idx = inode_to_del->i_sectors[12] - part->sb->data_start_lba;
ASSERT(block_bitmap_idx > 0);
bitmap_set(&part->block_bitmap, block_bitmap_idx, 0);
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
}
/* c inode所有的块地址已经收集到all_blocks中,下面逐个回收 */
block_idx = 0;
while (block_idx < block_cnt) {
if (all_blocks[block_idx] != 0) {
block_bitmap_idx = 0;
block_bitmap_idx = all_blocks[block_idx] - part->sb->data_start_lba;
ASSERT(block_bitmap_idx > 0);
bitmap_set(&part->block_bitmap, block_bitmap_idx, 0);
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
}
block_idx++;
}
/*2 回收该inode所占用的inode */
bitmap_set(&part->inode_bitmap, inode_no, 0);
bitmap_sync(cur_part, inode_no, INODE_BITMAP);
/****** 以下inode_delete是调试用的 ******
* 此函数会在inode_table中将此inode清0,
* 但实际上是不需要的,inode分配是由inode位图控制的,
* 硬盘上的数据不需要清0,可以直接覆盖*/
void* io_buf = sys_malloc(1024);
inode_delete(part, inode_no, io_buf);
sys_free(io_buf);
/***********************************************/
inode_close(inode_to_del);
}
删除目录项
(1 ）在文件所在的目录中擦除该文件的目录项，使其为 0 。
(2 ）根目录是必须存在的，它是文件读写的根基，不应该被清空，它至少要保留 1 个块。如果目录项
独占 1 个块，并且该块不是根目录最后一个块的话，将其回收。
(3 ）目录 inode 的 i size 是目录项大小的总和，因此还要将 i size 减去一个目录项的单位大小。
(4 ）目录 inode 改变后，要同步到硬盘。
/* 把分区part目录pdir中编号为inode_no的目录项删除 */
bool delete_dir_entry(struct partition* part, struct dir* pdir, uint32_t inode_no, void* io_buf) {
struct inode* dir_inode = pdir->inode;
uint32_t block_idx = 0, all_blocks[140] = {0};
/* 收集目录全部块地址 */
while (block_idx < 12) {
all_blocks[block_idx] = dir_inode->i_sectors[block_idx];
block_idx++;
}
if (dir_inode->i_sectors[12]) {
ide_read(part->my_disk, dir_inode->i_sectors[12], all_blocks + 12, 1);
}
/* 目录项在存储时保证不会跨扇区 */
uint32_t dir_entry_size = part->sb->dir_entry_size;
uint32_t dir_entrys_per_sec = (SECTOR_SIZE / dir_entry_size); // 每扇区最大的目录项数目
struct dir_entry* dir_e = (struct dir_entry*)io_buf;
struct dir_entry* dir_entry_found = NULL;
uint8_t dir_entry_idx, dir_entry_cnt;
bool is_dir_first_block = false; // 目录的第1个块
/* 遍历所有块,寻找目录项 */
block_idx = 0;
while (block_idx < 140) {
is_dir_first_block = false;
if (all_blocks[block_idx] == 0) {
block_idx++;
continue;
}
dir_entry_idx = dir_entry_cnt = 0;
memset(io_buf, 0, SECTOR_SIZE);
/* 读取扇区,获得目录项 */
ide_read(part->my_disk, all_blocks[block_idx], io_buf, 1);
/* 遍历所有的目录项,统计该扇区的目录项数量及是否有待删除的目录项 */
while (dir_entry_idx < dir_entrys_per_sec) {
if ((dir_e + dir_entry_idx)->f_type != FT_UNKNOWN) {
if (!strcmp((dir_e + dir_entry_idx)->filename, ".")) {
is_dir_first_block = true;
} else if (strcmp((dir_e + dir_entry_idx)->filename, ".") &&
strcmp((dir_e + dir_entry_idx)->filename, "..")) {
dir_entry_cnt++; // 统计此扇区内的目录项个数,用来判断删除目录项后是否回收该扇区
if ((dir_e + dir_entry_idx)->i_no == inode_no) { // 如果找到此i结点,就将其记录在dir_entry_found
ASSERT(dir_entry_found == NULL); // 确保目录中只有一个编号为inode_no的inode,找到一次后dir_entry_found就不再是NULL
dir_entry_found = dir_e + dir_entry_idx;
/* 找到后也继续遍历,统计总共的目录项数 */
}
}
}
dir_entry_idx++;
}
/* 若此扇区未找到该目录项,继续在下个扇区中找 */
if (dir_entry_found == NULL) {
block_idx++;
continue;
}
/* 在此扇区中找到目录项后,清除该目录项并判断是否回收扇区,随后退出循环直接返回 */
ASSERT(dir_entry_cnt >= 1);
/* 除目录第1个扇区外,若该扇区上只有该目录项自己,则将整个扇区回收 */
if (dir_entry_cnt == 1 && !is_dir_first_block) {
/* a 在块位图中回收该块 */
uint32_t block_bitmap_idx = all_blocks[block_idx] - part->sb->data_start_lba;
bitmap_set(&part->block_bitmap, block_bitmap_idx, 0);
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
/* b 将块地址从数组i_sectors或索引表中去掉 */
if (block_idx < 12) {
dir_inode->i_sectors[block_idx] = 0;
} else { // 在一级间接索引表中擦除该间接块地址
/*先判断一级间接索引表中间接块的数量,如果仅有这1个间接块,连同间接索引表所在的块一同回收 */
uint32_t indirect_blocks = 0;
uint32_t indirect_block_idx = 12;
while (indirect_block_idx < 140) {
if (all_blocks[indirect_block_idx] != 0) {
indirect_blocks++;
}
}
ASSERT(indirect_blocks >= 1); // 包括当前间接块
if (indirect_blocks > 1) { // 间接索引表中还包括其它间接块,仅在索引表中擦除当前这个间接块地址
all_blocks[block_idx] = 0;
ide_write(part->my_disk, dir_inode->i_sectors[12], all_blocks + 12, 1);
} else { // 间接索引表中就当前这1个间接块,直接把间接索引表所在的块回收,然后擦除间接索引表块地址
/* 回收间接索引表所在的块 */
block_bitmap_idx = dir_inode->i_sectors[12] - part->sb->data_start_lba;
bitmap_set(&part->block_bitmap, block_bitmap_idx, 0);
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
/* 将间接索引表地址清0 */
dir_inode->i_sectors[12] = 0;
}
}
} else { // 仅将该目录项清空
memset(dir_entry_found, 0, dir_entry_size);
ide_write(part->my_disk, all_blocks[block_idx], io_buf, 1);
}
/* 更新i结点信息并同步到硬盘 */
ASSERT(dir_inode->i_size >= dir_entry_size);
dir_inode->i_size -= dir_entry_size;
memset(io_buf, 0, SECTOR_SIZE * 2);
inode_sync(part, dir_inode, io_buf);
return true;
}
/* 所有块中未找到则返回false,若出现这种情况应该是serarch_file出错了 */
return false;
}
实现sys_unlink
/* 删除文件(非目录),成功返回0,失败返回-1 */
int32_t sys_unlink(const char* pathname) {
ASSERT(strlen(pathname) < MAX_PATH_LEN);
/* 先检查待删除的文件是否存在 */
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record));
int inode_no = search_file(pathname, &searched_record);
ASSERT(inode_no != 0);
if (inode_no == -1) {
printk("file %s not found!\n", pathname);
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
}
if (searched_record.file_type == FT_DIRECTORY) {
printk("can`t delete a direcotry with unlink(), use rmdir() to instead\n");
dir_close(searched_record.parent_dir);
return -1;
}
/* 检查是否在已打开文件列表(文件表)中 */
uint32_t file_idx = 0;
while (file_idx < MAX_FILE_OPEN) {
if (file_table[file_idx].fd_inode != NULL && (uint32_t)inode_no == file_table[file_idx].fd_inode->i_no) {
break;
}
file_idx++;
}
if (file_idx < MAX_FILE_OPEN) {
dir_close(searched_record.parent_dir);
printk("file %s is in use, not allow to delete!\n", pathname);
return -1;
}
ASSERT(file_idx == MAX_FILE_OPEN);
/* 为delete_dir_entry申请缓冲区 */
void* io_buf = sys_malloc(SECTOR_SIZE + SECTOR_SIZE);
if (io_buf == NULL) {
dir_close(searched_record.parent_dir);
printk("sys_unlink: malloc for io_buf failed\n");
return -1;
}
struct dir* parent_dir = searched_record.parent_dir;
delete_dir_entry(cur_part, parent_dir, inode_no, io_buf);
inode_release(cur_part, inode_no);
sys_free(io_buf);
dir_close(searched_record.parent_dir);
return 0; // 成功删除文件
}
/* 在磁盘上搜索文件系统,若没有则格式化分区创建文件系统 */
void filesys_init() {
uint8_t channel_no = 0, dev_no, part_idx = 0;
/* sb_buf用来存储从硬盘上读入的超级块 */
struct super_block* sb_buf = (struct super_block*)sys_malloc(SECTOR_SIZE);
if (sb_buf == NULL) {
PANIC("alloc memory failed!");
}
printk("searching filesystem......\n");
while (channel_no < channel_cnt) {
dev_no = 0;
while(dev_no < 2) {
if (dev_no == 0) { // 跨过裸盘hd60M.img
dev_no++;
continue;
}
struct disk* hd = &channels[channel_no].devices[dev_no];
struct partition* part = hd->prim_parts;
while(part_idx < 12) { // 4个主分区+8个逻辑
if (part_idx == 4) { // 开始处理逻辑分区
part = hd->logic_parts;
}
/* channels数组是全局变量,默认值为0,disk属于其嵌套结构,
* partition又为disk的嵌套结构,因此partition中的成员默认也为0.
* 若partition未初始化,则partition中的成员仍为0.
* 下面处理存在的分区. */
if (part->sec_cnt != 0) { // 如果分区存在
memset(sb_buf, 0, SECTOR_SIZE);
/* 读出分区的超级块,根据魔数是否正确来判断是否存在文件系统 */
ide_read(hd, part->start_lba + 1, sb_buf, 1);
/* 只支持自己的文件系统.若磁盘上已经有文件系统就不再格式化了 */
if (sb_buf->magic == 0x19590318) {
printk("%s has filesystem\n", part->name);
} else { // 其它文件系统不支持,一律按无文件系统处理
printk("formatting %s`s partition %s......\n", hd->name, part->name);
partition_format(part);
}
}
part_idx++;
part++; // 下一分区
}
dev_no++; // 下一磁盘
}
channel_no++; // 下一通道
}
sys_free(sb_buf);
/* 确定默认操作的分区 */
char default_part[8] = "sdb1";
/* 挂载分区 */
list_traversal(&partition_list, mount_partition, (int)default_part);
/* 将当前分区的根目录打开 */
open_root_dir(cur_part);
/* 初始化文件表 */
uint32_t fd_idx = 0;
while (fd_idx < MAX_FILE_OPEN) {
file_table[fd_idx++].fd_inode = NULL;
}
}
创建目录
实现sys_mkdir创建目录
创建目录所涉及的工作包括。
( 1 ）确认待创建的新目录在文件系统上不存在。
(2 ）为新目 录创建 inode 。
(3 ）为新目录分配 1 个块存储该目录中的目录项。
(4 ）在新目录中创建两个目录项“．”和“．．飞这是每个目录都必须存在的两个目录项 。
(5 ）在新目录的父目录中添加新目录的目录项。
(6 ）将以上资源的变更同步到硬盘。
/* 创建目录pathname,成功返回0,失败返回-1 */
int32_t sys_mkdir(const char* pathname) {
uint8_t rollback_step = 0; // 用于操作失败时回滚各资源状态
void* io_buf = sys_malloc(SECTOR_SIZE * 2);
if (io_buf == NULL) {
printk("sys_mkdir: sys_malloc for io_buf failed\n");
return -1;
}
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record));
int inode_no = -1;
inode_no = search_file(pathname, &searched_record);
if (inode_no != -1) { // 如果找到了同名目录或文件,失败返回
printk("sys_mkdir: file or directory %s exist!\n", pathname);
rollback_step = 1;
goto rollback;
} else { // 若未找到,也要判断是在最终目录没找到还是某个中间目录不存在
uint32_t pathname_depth = path_depth_cnt((char*)pathname);
uint32_t path_searched_depth = path_depth_cnt(searched_record.searched_path);
/* 先判断是否把pathname的各层目录都访问到了,即是否在某个中间目录就失败了 */
if (pathname_depth != path_searched_depth) { // 说明并没有访问到全部的路径,某个中间目录是不存在的
printk("sys_mkdir: can`t access %s, subpath %s is`t exist\n", pathname, searched_record.searched_path);
rollback_step = 1;
goto rollback;
}
}
struct dir* parent_dir = searched_record.parent_dir;
/* 目录名称后可能会有字符'/',所以最好直接用searched_record.searched_path,无'/' */
char* dirname = strrchr(searched_record.searched_path, '/') + 1;
inode_no = inode_bitmap_alloc(cur_part);
if (inode_no == -1) {
printk("sys_mkdir: allocate inode failed\n");
rollback_step = 1;
goto rollback;
}
struct inode new_dir_inode;
inode_init(inode_no, &new_dir_inode); // 初始化i结点
uint32_t block_bitmap_idx = 0; // 用来记录block对应于block_bitmap中的索引
int32_t block_lba = -1;
/* 为目录分配一个块,用来写入目录.和.. */
block_lba = block_bitmap_alloc(cur_part);
if (block_lba == -1) {
printk("sys_mkdir: block_bitmap_alloc for create directory failed\n");
rollback_step = 2;
goto rollback;
}
new_dir_inode.i_sectors[0] = block_lba;
/* 每分配一个块就将位图同步到硬盘 */
block_bitmap_idx = block_lba - cur_part->sb->data_start_lba;
ASSERT(block_bitmap_idx != 0);
bitmap_sync(cur_part, block_bitmap_idx, BLOCK_BITMAP);
/* 将当前目录的目录项'.'和'..'写入目录 */
memset(io_buf, 0, SECTOR_SIZE * 2); // 清空io_buf
struct dir_entry* p_de = (struct dir_entry*)io_buf;
/* 初始化当前目录"." */
memcpy(p_de->filename, ".", 1);
p_de->i_no = inode_no ;
p_de->f_type = FT_DIRECTORY;
p_de++;
/* 初始化当前目录".." */
memcpy(p_de->filename, "..", 2);
p_de->i_no = parent_dir->inode->i_no;
p_de->f_type = FT_DIRECTORY;
ide_write(cur_part->my_disk, new_dir_inode.i_sectors[0], io_buf, 1);
new_dir_inode.i_size = 2 * cur_part->sb->dir_entry_size;
/* 在父目录中添加自己的目录项 */
struct dir_entry new_dir_entry;
memset(&new_dir_entry, 0, sizeof(struct dir_entry));
create_dir_entry(dirname, inode_no, FT_DIRECTORY, &new_dir_entry);
memset(io_buf, 0, SECTOR_SIZE * 2); // 清空io_buf
if (!sync_dir_entry(parent_dir, &new_dir_entry, io_buf)) { // sync_dir_entry中将block_bitmap通过bitmap_sync同步到硬盘
printk("sys_mkdir: sync_dir_entry to disk failed!\n");
rollback_step = 2;
goto rollback;
}
/* 父目录的inode同步到硬盘 */
memset(io_buf, 0, SECTOR_SIZE * 2);
inode_sync(cur_part, parent_dir->inode, io_buf);
/* 将新创建目录的inode同步到硬盘 */
memset(io_buf, 0, SECTOR_SIZE * 2);
inode_sync(cur_part, &new_dir_inode, io_buf);
/* 将inode位图同步到硬盘 */
bitmap_sync(cur_part, inode_no, INODE_BITMAP);
sys_free(io_buf);
/* 关闭所创建目录的父目录 */
dir_close(searched_record.parent_dir);
return 0;
/*创建文件或目录需要创建相关的多个资源,若某步失败则会执行到下面的回滚步骤 */
rollback: // 因为某步骤操作失败而回滚
switch (rollback_step) {
case 2:
bitmap_set(&cur_part->inode_bitmap, inode_no, 0); // 如果新文件的inode创建失败,之前位图中分配的inode_no也要恢复
case 1:
/* 关闭所创建目录的父目录 */
dir_close(searched_record.parent_dir);
break;
}
sys_free(io_buf);
return -1;
}
遍历目录
打开目录和关闭目录
/* 目录打开成功后返回目录指针,失败返回NULL */
struct dir* sys_opendir(const char* name) {
ASSERT(strlen(name) < MAX_PATH_LEN);
/* 如果是根目录'/',直接返回&root_dir */
if (name[0] == '/' && (name[1] == 0 || name[0] == '.')) {
return &root_dir;
}
/* 先检查待打开的目录是否存在 */
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record));
int inode_no = search_file(name, &searched_record);
struct dir* ret = NULL;
if (inode_no == -1) { // 如果找不到目录,提示不存在的路径
printk("In %s, sub path %s not exist\n", name, searched_record.searched_path);
} else {
if (searched_record.file_type == FT_REGULAR) {
printk("%s is regular file!\n", name);
} else if (searched_record.file_type == FT_DIRECTORY) {
ret = dir_open(cur_part, inode_no);
}
}
dir_close(searched_record.parent_dir);
return ret;
}
/* 成功关闭目录dir返回0,失败返回-1 */
int32_t sys_closedir(struct dir* dir) {
int32_t ret = -1;
if (dir != NULL) {
dir_close(dir);
ret = 0;
}
return ret;
}
读取一个目录项
/* 读取目录,成功返回1个目录项,失败返回NULL */
struct dir_entry* dir_read(struct dir* dir) {
struct dir_entry* dir_e = (struct dir_entry*)dir->dir_buf;
struct inode* dir_inode = dir->inode;
uint32_t all_blocks[140] = {0}, block_cnt = 12;
uint32_t block_idx = 0, dir_entry_idx = 0;
while (block_idx < 12) {
all_blocks[block_idx] = dir_inode->i_sectors[block_idx];
block_idx++;
}
if (dir_inode->i_sectors[12] != 0) { // 若含有一级间接块表
ide_read(cur_part->my_disk, dir_inode->i_sectors[12], all_blocks + 12, 1);
block_cnt = 140;
}
block_idx = 0;
uint32_t cur_dir_entry_pos = 0; // 当前目录项的偏移,此项用来判断是否是之前已经返回过的目录项
uint32_t dir_entry_size = cur_part->sb->dir_entry_size;
uint32_t dir_entrys_per_sec = SECTOR_SIZE / dir_entry_size; // 1扇区内可容纳的目录项个数
/* 因为此目录内可能删除了某些文件或子目录,所以要遍历所有块 */
while (block_idx < block_cnt) {
if (dir->dir_pos >= dir_inode->i_size) {
return NULL;
}
if (all_blocks[block_idx] == 0) { // 如果此块地址为0,即空块,继续读出下一块
block_idx++;
continue;
}
memset(dir_e, 0, SECTOR_SIZE);
ide_read(cur_part->my_disk, all_blocks[block_idx], dir_e, 1);
dir_entry_idx = 0;
/* 遍历扇区内所有目录项 */
while (dir_entry_idx < dir_entrys_per_sec) {
if ((dir_e + dir_entry_idx)->f_type) { // 如果f_type不等于0,即不等于FT_UNKNOWN
/* 判断是不是最新的目录项,避免返回曾经已经返回过的目录项 */
if (cur_dir_entry_pos < dir->dir_pos) {
cur_dir_entry_pos += dir_entry_size;
dir_entry_idx++;
continue;
}
ASSERT(cur_dir_entry_pos == dir->dir_pos);
dir->dir_pos += dir_entry_size; // 更新为新位置,即下一个返回的目录项地址
return dir_e + dir_entry_idx;
}
dir_entry_idx++;
}
block_idx++;
}
return NULL;
}
实现sys_readdir及sys_rewinddir
/* 读取目录dir的1个目录项,成功后返回其目录项地址,到目录尾时或出错时返回NULL */
struct dir_entry* sys_readdir(struct dir* dir) {
ASSERT(dir != NULL);
return dir_read(dir);
}
/* 把目录dir的指针dir_pos置0 */
void sys_rewinddir(struct dir* dir) {
dir->dir_pos = 0;
}
删除目录
删除目录与判断空目录
/* 判断目录是否为空 */
bool dir_is_empty(struct dir* dir) {
struct inode* dir_inode = dir->inode;
/* 若目录下只有.和..这两个目录项则目录为空 */
return (dir_inode->i_size == cur_part->sb->dir_entry_size * 2);
}
/* 在父目录parent_dir中删除child_dir */
int32_t dir_remove(struct dir* parent_dir, struct dir* child_dir) {
struct inode* child_dir_inode = child_dir->inode;
/* 空目录只在inode->i_sectors[0]中有扇区,其它扇区都应该为空 */
int32_t block_idx = 1;
while (block_idx < 13) {
ASSERT(child_dir_inode->i_sectors[block_idx] == 0);
block_idx++;
}
void* io_buf = sys_malloc(SECTOR_SIZE * 2);
if (io_buf == NULL) {
printk("dir_remove: malloc for io_buf failed\n");
return -1;
}
/* 在父目录parent_dir中删除子目录child_dir对应的目录项 */
delete_dir_entry(cur_part, parent_dir, child_dir_inode->i_no, io_buf);
/* 回收inode中i_secotrs中所占用的扇区,并同步inode_bitmap和block_bitmap */
inode_release(cur_part, child_dir_inode->i_no);
sys_free(io_buf);
return 0;
}
实现sys_rmdir及功能验证
/* 删除空目录,成功时返回0,失败时返回-1*/
int32_t sys_rmdir(const char* pathname) {
/* 先检查待删除的文件是否存在 */
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record));
int inode_no = search_file(pathname, &searched_record);
ASSERT(inode_no != 0);
int retval = -1; // 默认返回值
if (inode_no == -1) {
printk("In %s, sub path %s not exist\n", pathname, searched_record.searched_path);
} else {
if (searched_record.file_type == FT_REGULAR) {
printk("%s is regular file!\n", pathname);
} else {
struct dir* dir = dir_open(cur_part, inode_no);
if (!dir_is_empty(dir)) { // 非空目录不可删除
printk("dir %s is not empty, it is not allowed to delete a nonempty directory!\n", pathname);
} else {
if (!dir_remove(searched_record.parent_dir, dir)) {
retval = 0;
}
}
dir_close(dir);
}
}
dir_close(searched_record.parent_dir);
return retval;
}
任务的工作目录
显示当前工作目录的原理及基础代码
/* 获得父目录的inode编号 */
static uint32_t get_parent_dir_inode_nr(uint32_t child_inode_nr, void* io_buf) {
struct inode* child_dir_inode = inode_open(cur_part, child_inode_nr);
/* 目录中的目录项".."中包括父目录inode编号,".."位于目录的第0块 */
uint32_t block_lba = child_dir_inode->i_sectors[0];
ASSERT(block_lba >= cur_part->sb->data_start_lba);
inode_close(child_dir_inode);
ide_read(cur_part->my_disk, block_lba, io_buf, 1);
struct dir_entry* dir_e = (struct dir_entry*)io_buf;
/* 第0个目录项是".",第1个目录项是".." */
ASSERT(dir_e[1].i_no < 4096 && dir_e[1].f_type == FT_DIRECTORY);
return dir_e[1].i_no; // 返回..即父目录的inode编号
}
/* 在inode编号为p_inode_nr的目录中查找inode编号为c_inode_nr的子目录的名字,
* 将名字存入缓冲区path.成功返回0,失败返-1 */
static int get_child_dir_name(uint32_t p_inode_nr, uint32_t c_inode_nr, char* path, void* io_buf) {
struct inode* parent_dir_inode = inode_open(cur_part, p_inode_nr);
/* 填充all_blocks,将该目录的所占扇区地址全部写入all_blocks */
uint8_t block_idx = 0;
uint32_t all_blocks[140] = {0}, block_cnt = 12;
while (block_idx < 12) {
all_blocks[block_idx] = parent_dir_inode->i_sectors[block_idx];
block_idx++;
}
if (parent_dir_inode->i_sectors[12]) { // 若包含了一级间接块表,将共读入all_blocks.
ide_read(cur_part->my_disk, parent_dir_inode->i_sectors[12], all_blocks + 12, 1);
block_cnt = 140;
}
inode_close(parent_dir_inode);
struct dir_entry* dir_e = (struct dir_entry*)io_buf;
uint32_t dir_entry_size = cur_part->sb->dir_entry_size;
uint32_t dir_entrys_per_sec = (512 / dir_entry_size);
block_idx = 0;
/* 遍历所有块 */
while(block_idx < block_cnt) {
if(all_blocks[block_idx]) { // 如果相应块不为空则读入相应块
ide_read(cur_part->my_disk, all_blocks[block_idx], io_buf, 1);
uint8_t dir_e_idx = 0;
/* 遍历每个目录项 */
while(dir_e_idx < dir_entrys_per_sec) {
if ((dir_e + dir_e_idx)->i_no == c_inode_nr) {
strcat(path, "/");
strcat(path, (dir_e + dir_e_idx)->filename);
return 0;
}
dir_e_idx++;
}
}
block_idx++;
}
return -1;
}
实现sys_getcwd
/* 把当前工作目录绝对路径写入buf, size是buf的大小.
当buf为NULL时,由操作系统分配存储工作路径的空间并返回地址
失败则返回NULL */
char* sys_getcwd(char* buf, uint32_t size) {
/* 确保buf不为空,若用户进程提供的buf为NULL,
系统调用getcwd中要为用户进程通过malloc分配内存 */
ASSERT(buf != NULL);
void* io_buf = sys_malloc(SECTOR_SIZE);
if (io_buf == NULL) {
return NULL;
}
struct task_struct* cur_thread = running_thread();
int32_t parent_inode_nr = 0;
int32_t child_inode_nr = cur_thread->cwd_inode_nr;
ASSERT(child_inode_nr >= 0 && child_inode_nr < 4096); // 最大支持4096个inode
/* 若当前目录是根目录,直接返回'/' */
if (child_inode_nr == 0) {
buf[0] = '/';
buf[1] = 0;
return buf;
}
memset(buf, 0, size);
char full_path_reverse[MAX_PATH_LEN] = {0}; // 用来做全路径缓冲区
/* 从下往上逐层找父目录,直到找到根目录为止.
* 当child_inode_nr为根目录的inode编号(0)时停止,
* 即已经查看完根目录中的目录项 */
while ((child_inode_nr)) {
parent_inode_nr = get_parent_dir_inode_nr(child_inode_nr, io_buf);
if (get_child_dir_name(parent_inode_nr, child_inode_nr, full_path_reverse, io_buf) == -1) { // 或未找到名字,失败退出
sys_free(io_buf);
return NULL;
}
child_inode_nr = parent_inode_nr;
}
ASSERT(strlen(full_path_reverse) <= size);
/* 至此full_path_reverse中的路径是反着的,
* 即子目录在前(左),父目录在后(右) ,
* 现将full_path_reverse中的路径反置 */
char* last_slash; // 用于记录字符串中最后一个斜杠地址
while ((last_slash = strrchr(full_path_reverse, '/'))) {
uint16_t len = strlen(buf);
strcpy(buf + len, last_slash);
/* 在full_path_reverse中添加结束字符,做为下一次执行strcpy中last_slash的边界 */
*last_slash = 0;
}
sys_free(io_buf);
return buf;
}
实现sys_chdir改变工作目录
/* 更改当前工作目录为绝对路径path,成功则返回0,失败返回-1 */
int32_t sys_chdir(const char* path) {
int32_t ret = -1;
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record));
int inode_no = search_file(path, &searched_record);
if (inode_no != -1) {
if (searched_record.file_type == FT_DIRECTORY) {
running_thread()->cwd_inode_nr = inode_no;
ret = 0;
} else {
printk("sys_chdir: %s is regular file or other!\n", path);
}
}
dir_close(searched_record.parent_dir);
return ret;
}
获得文件属性
实现sys_stat
/* 文件属性结构体 */
struct stat {
uint32_t st_ino; // inode编号
uint32_t st_size; // 尺寸
enum file_types st_filetype; // 文件类型
};
/* 在buf中填充文件结构相关信息,成功时返回0,失败返回-1 */
int32_t sys_stat(const char* path, struct stat* buf) {
/* 若直接查看根目录'/' */
if (!strcmp(path, "/") || !strcmp(path, "/.") || !strcmp(path, "/..")) {
buf->st_filetype = FT_DIRECTORY;
buf->st_ino = 0;
buf->st_size = root_dir.inode->i_size;
return 0;
}
int32_t ret = -1; // 默认返回值
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record)); // 记得初始化或清0,否则栈中信息不知道是什么
int inode_no = search_file(path, &searched_record);
if (inode_no != -1) {
struct inode* obj_inode = inode_open(cur_part, inode_no); // 只为获得文件大小
buf->st_size = obj_inode->i_size;
inode_close(obj_inode);
buf->st_filetype = searched_record.file_type;
buf->st_ino = inode_no;
ret = 0;
} else {
printk("sys_stat: %s not found\n", path);
}
dir_close(searched_record.parent_dir);
return ret;
}