chapter7练习

  • 本节难度： 理解文件系统比较费事，编程难度适中

编程作业

硬链接

你的电脑桌面是咋样的？是放满了图标吗？反正我的 windows 是这样的。显然很少人会真的把可执行文件放到桌面上，桌面图标其实都是一些快捷方式。或者用 unix 的术语来说：软链接。为了减少工作量，我们今天来实现软链接的兄弟： 硬链接 。

硬链接要求两个不同的目录项指向同一个文件，在我们的文件系统中也就是两个不同名称目录项指向同一个磁盘块。本节要求实现三个系统调用 sys_linkat、sys_unlinkat、sys_stat 。注意在测例中 sys_open 的接口定义也发生了变化。

open

  • syscall ID: 56

  • 功能：打开一个文件，并返回可以访问它的文件描述符。

  • C 接口： int open(int dirfd, char* path, unsigned int flags, unsigned int mode);

  • Rust 接口： fn open(dirfd: usize, path: *const u8, flags: u32, mode: u32);

  • 参数：

    • dirfd : 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 AT_FDCWD (-100)。可以忽略。

    • path 描述要打开的文件的文件名（简单起见，文件系统不需要支持目录，所有的文件都放在根目录 / 下）

    • flags 描述打开文件的标志，具体含义（其他参数不考虑）：

      1. #define O_RDONLY  0x000
      2. #define O_WRONLY  0x001
      3. #define O_RDWR    0x002         // 可读可写
      4. #define O_CREATE  0x200

    • mode 仅在创建文件时有用，表示创建文件的访问权限，为了简单，本次实验中中统一为 O_RDWR 。

  • 说明：

    • 有 create 标志但文件存在时，忽略 create 标志，直接打开文件。

  • 返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回可以访问给定文件的文件描述符。

  • 可能的错误：

    • 文件不存在且无 create 标志。

    • 标志非法（低两位为 0x3）

    • 打开文件数量达到上限。

linkat：

  • syscall ID: 37

  • 功能：创建一个文件的一个硬链接， linkat标准接口 。

  • Ｃ接口： int linkat(int olddirfd, char* oldpath, int newdirfd, char* newpath, unsigned int flags)

  • Rust 接口： fn linkat(olddirfd: i32, oldpath: *const u8, newdirfd: i32, newpath: *const u8, flags: u32) -> i32

  • 参数：

    • olddirfd，newdirfd: 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 AT_FDCWD (-100)，可以忽略。

    • flags: 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 0，可以忽略。

    • oldpath：原有文件路径

    • newpath: 新的链接文件路径。

  • 说明：

    • 为了方便，不考虑新文件路径已经存在的情况（属于未定义行为），除非链接同名文件。

    • 返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回 0。

  • 可能的错误

    • 链接同名文件。

unlinkat:

  • syscall ID: 35

  • 功能：取消一个文件路径到文件的链接, unlinkat标准接口 。

  • Ｃ接口： int unlinkat(int dirfd, char* path, unsigned int flags)

  • Rust 接口： fn unlinkat(dirfd: i32, path: *const u8, flags: u32) -> i32

  • 参数：

    • dirfd: 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 AT_FDCWD (-100)，可以忽略。

    • flags: 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 0，可以忽略。

    • path：文件路径。

  • 说明：

    • 为了方便，不考虑使用 unlink 彻底删除文件的情况。

  • 返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回 0。

  • 可能的错误

    • 文件不存在。

fstat:

  • syscall ID: 80

  • 功能：获取文件状态。

  • Ｃ接口： int fstat(int fd, struct Stat* st)

  • Rust 接口： fn fstat(fd: i32, st: *mut Stat) -> i32

  • 参数：

    • fd: 文件描述符

    • st: 文件状态结构体

  1. ```
  2. #[repr(C)]
  3. #[derive(Debug)]
  4. pub struct Stat {
  5.     /// 文件所在磁盘驱动器号
  6.     pub dev: u64,
  7.     /// inode 文件所在 inode 编号
  8.     pub ino: u64,
  9.     /// 文件类型
  10.     pub mode: StatMode,
  11.     /// 硬链接数量，初始为1
  12.     pub nlink: u32,
  13.     /// 无需考虑，为了兼容性设计
  14.     pad: [u64; 7],
  15. }
  17. /// StatMode 定义：
  18. bitflags! {
  19.     pub struct StatMode: u32 {
  20.         const NULL  = 0;
  21.         /// directory
  22.         const DIR   = 0o040000;
  23.         /// ordinary regular file
  24.         const FILE  = 0o100000;
  25.     }
  26. }
  27. ```

实验要求

  • 实现分支：ch7。

  • 完成实验指导书中的内容，实现基本的文件操作。

  • 实现硬链接及相关系统调用，并通过 Rust测例 中 chapter7 对应的所有测例。

challenge: 支持多核。

注解

如何调试 easy-fs

如果你在第一章练习题中已经借助 log crate 实现了日志功能，那么你可以直接在 easy-fs 中引入 log crate，通过 log::info!/debug! 等宏即可进行调试并在内核中看到日志输出。具体来说，在 easy-fs 中的修改是：在 easy-fs/Cargo.toml 的依赖中加入一行 log = "0.4.0"，然后在 easy-fs/src/lib.rs 中加入一行 extern crate log 。

你也可以完全在用户态进行调试。仿照 easy-fs-fuse 建立一个在当前操作系统中运行的应用程序，将测试逻辑写在 main 函数中。这个时候就可以将它引用的 easy-fs 的 no_std 去掉并使用 println! 进行调试。

实验检查

  • 实验目录要求

    目录要求不变(参考lab1目录或者示例代码目录结构)。同样在 os 目录下 make run 之后可以正确加载用户程序并执行。

    加载的用户测例位置： ../user/build/bin。

  • 检查

    可以正确 make run 执行，可以正确执行目标用户测例，并得到预期输出（详见测例注释）。

Tips

  • 注意 sys_linkat 有 5 个参数，而原有的系统调用分发函数 syscall （位于 os/src/syscall/mod.rs 中）最多仅支持 3 个参数，因此我们需要进行拓展。这需要将 syscall 的函数签名中的 args 拓展为 [usize; 5] ，还需要对应调整 trap_handler 中对 syscall 的调用，从 Trap 上下文中获取更多通用寄存器放入参数 args 中。

问答作业

  1. 目前的文件系统只有单级目录，假设想要支持多级文件目录，请描述你设想的实现方式，描述合理即可。

  2. 在有了多级目录之后，我们就也可以为一个目录增加硬链接了。在这种情况下，文件树中是否可能出现环路(软硬链接都可以，鼓励多尝试)？你认为应该如何解决？请在你喜欢的系统上实现一个环路，描述你的实现方式以及系统提示、实际测试结果。

报告要求

  • 简单总结本次实验与上个实验相比你增加的东西。（控制在5行以内，不要贴代码）

  • 完成问答问题

  • (optional) 你对本次实验设计及难度的看法。