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MIT S081 Lab 10: FileSystem ​

还有关于fs crash的问题没有了解过，可以进入s081的课程中去听一下什么是file system crash。 ​

Lec15 Crash recovery (Frans) | MIT6.S081

前置知识 ​

Pasted image 20250215093712

FAT ​

文件以链表方式存储。，固定大小连续存储。文件信息分别存放在链表和目录项中。

UNIX ​

// Disk layout: // [ boot block | super block | log | inode blocks | free bit map | data blocks]

  • superblock: metadata(fs.h)
  • log
  • inode结构体保存了文件的信息：大小属性……

Large files(moderate) ​

相关知识 ​

数据结构 ​

dinode定义如下

c
#define NDIRECT 12
#define NINDIRECT (BSIZE / sizeof(uint))
#define MAXFILE (NDIRECT + NINDIRECT)
struct dinode {
  short type;           // File type
  short major;          // Major device number (T_DEVICE only)
  short minor;          // Minor device number (T_DEVICE only)
  short nlink;          // Number of links to inode in file system
  uint size;            // Size of file (bytes)
  uint addrs[NDIRECT+1];   // Data block addresses
};

NINDIRECT为块大小除以uint

Pasted image 20250216154746

原本的文件系统如下，12个直接索引，1个间接索引（通过索引，一个块可存储256个地址）。 我们需要将address12修改为二级间接，指向256个一级间接（indirect）

映射关系 ​

找到bmap函数（fs.c）。明白函数的作用:

  1. 对于前N个直接指向的块（NDIRECT），函数直接从ip->addrs[bn]中获取地址。如果地址为空，则分配一个新的块，并存储到数组中，返回该地址。
  2. 当块号超过直接引用范围后，减去N个直接块，进入间接块处理。间接块的数量为NINDIRECT。读取间接索引的内容，再从内存中读取对应编号的内容。

步骤 ​

1、修改数据结构 ​

添加二级索引数量。

  • 改fs.h中dinode，以及修改file.h中inode

2、添加二级映射关系 ​

  • 别忘了把你bread()的每一个块都brelse()。
c
static uint
bmap(struct inode *ip, uint bn)

{
   ...
   ...
  //二级
  bn -= NINDIRECT;
  struct buf *bp2;
  if(bn<NDINDIRECT){
    int NUM= bn / NINDIRECT;  //在二级间接块中位置
    bn = bn % NINDIRECT;      //在一级间接块中位置
    if((addr = ip->addrs[NDIRECT+1])==0) //读取二级间接块
      ip->addrs[NDIRECT+1]=addr=balloc(ip->dev);
    bp=bread(ip->dev,addr);
    a = (uint*)bp->data;
    if((addr = a[NUM]) == 0){
      a[bn] = addr = balloc(ip->dev);
      log_write(bp);
    }
    bp2=bread(ip->dev,addr);
    a = (uint*)bp2->data;
    if((addr = a[bn]) == 0){
      a[bn] = addr = balloc(ip->dev);
      log_write(bp2);
    }
    brelse(bp);
    brelse(bp2);
    return addr;
  }
...
...
}

3、 确保itrunc释放文件的所有块，包括二级间接块。 ​

c
void
itrunc(struct inode *ip)
{
  . . .
  . . .
  //二级
  struct buf* bp2;
  if(ip->addrs[NDIRECT+1])
  {
    bp = bread(ip->dev, ip->addrs[NDIRECT+1]);
    a = (uint*)bp->data;
    for ( i = 0; i < NINDIRECT; i++)
      if(a[i])
      {
        bp2 = bread(ip->dev, a[i]);
        b = (uint*)bp2->data;
        for(j = 0; j < NINDIRECT; j++){
          if(b[j])
            bfree(ip->dev, b[j]);
        }
        brelse(bp2);
        bfree(ip->dev, a[i]);
        a[i] = 0;
      }
    brelse(bp);
    bfree(ip->dev,ip->addrs[NDIRECT+1]);
    ip->addrs[NDIRECT+1]=0;
  }
  ip->size = 0;
  iupdate(ip);
}

遗留问题 ​

inode和dinode的关系是什么 ​

相关知识 ​

主要还是多看看其他文件系统函数是如何实现的（sys_open 函数帮助很大，还有 namei, readi, writei 等跟 inode 有关的函数）。

事务（日志） ​

8.6 代码：日志 · 6.S081 All-In-One学习一下怎么使用日志

硬链接 ​

Sys_link为现有inode创建一个新名称。函数create（kernel/sysfile.c:242）为新inode创建一个新名称。它是三个文件创建系统调用的泛化：带有O_CREATE标志的open生成一个新的普通文件，mkdir生成一个新目录，mkdev生成一个新的设备文件。与sys_link一样，create从调用nameiparent开始，以获取父目录的inode。然后调用dirlookup检查名称是否已经存在（kernel/sysfile.c:252）。如果名称确实存在，create的行为取决于它用于哪个系统调用：open的语义与mkdir和mkdev不同。如果create是代表open（type == T_FILE）使用的，并且存在的名称本身是一个常规文件，那么open会将其视为成功，create也会这样做（kernel/sysfile.c:256）。否则，这是一个错误（kernel/sysfile.c:257-258）。如果名称不存在，create现在将使用ialloc（kernel/sysfile.c:261）分配一个新的inode。如果新inode是目录，create将使用.和..条目对它进行初始化。最后，既然数据已正确初始化，create可以将其链接到父目录（kernel/sysfile.c:274）。Create与sys_link一样，同时持有两个inode锁：ip和dp。不存在死锁的可能性，因为索引结点ip是新分配的：系统中没有其他进程会持有ip的锁，然后尝试锁定dp。

使用create，很容易实现sys_open、sys_mkdir和sys_mknod。Sys_open（kernel/sysfile.c:287）是最复杂的，因为创建一个新文件只是它能做的一小部分。如果open被传递了O_CREATE标志，它将调用create（kernel/sysfile.c:301）。否则，它将调用namei（kernel/sysfile.c:307）。Create返回一个锁定的inode，但namei不锁定，因此sys_open必须锁定inode本身。这提供了一个方便的地方来检查目录是否仅为读取打开，而不是写入。假设inode是以某种方式获得的，sys_open分配一个文件和一个文件描述符（kernel/sysfile.c:325），然后填充该文件（kernel/sysfile.c:337-342）。请注意，没有其他进程可以访问部分初始化的文件，因为它仅位于当前进程的表中。

软链接 ​

首先不懂什么叫软链接。 软链接也是文件，但是文件内容指向另一个文件的 inode。打开这个文件时，会自动打开它指向的文件，类似于 windows 系统的快捷方式。

文件 ​

学习一下写入inode的方法

c
// Write data to inode.
// Caller must hold ip->lock.
// If user_src==1, then src is a user virtual address;
// otherwise, src is a kernel address.
// Returns the number of bytes successfully written.
// If the return value is less than the requested n,
// there was an error of some kind.
int
writei(struct inode *ip, int user_src, uint64 src, uint off, uint n);

和创建

c
static struct inode*
create(char *path, short type, short major, short minor);
Pasted image 20250216171446

步骤 ​

1、添加接口 ​

跟着提示走

2、实现symlink ​

需要做两件事。

  1. 用path创建一个inode
  2. 将target链接在inode上

3、修改open函数，处理符号链接 ​

  • 如果文件不存在，则打开必须失败。当进程向open传递O_NOFOLLOW标志时，open应打开符号链接（而不是跟随符号链接）。即O_NOFOLLOW标志位为0时处理链接
  • 如果链接文件也是符号链接，则必须递归地跟随它，直到到达非链接文件为止。如果链接形成循环，则必须返回错误代码。你可以通过以下方式估算存在循环：通过在链接深度达到某个阈值（例如10）时返回错误代码。

遗留问题 ​

inode的锁是怎么回事？ ​

iunlockput和ilock，什么时候该调用，什么时候不该。

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