【MIT 6.S081】2020, 实验记录（9），Lab: file system

目录

    • Task 1：Large files
    • Task 2：Symbolic links
      • 2.1 增加一个系统调用 symlink
      • 2.2 新增文件类型
      • 2.3 新增 NOFOLLOW 标志位
      • 2.4 实现 sys_symlink 系统调用
      • 2.5 修改 sys_open 函数
      • 2.6 测试

Task 1：Large files

现在的 xv6 系统中，一个文件的 data block 的索引目录最多到一级间接索引：

现有的一级间接索引

而这个 task 为了增大可支持的最大文件大小，要求扩展出二级间接索引，如下图：

二级间接索引

代码实现上，主要是扩展 fs.c 文件中的 bmap() 和 itrunc() 函数：

  • bmap()：传入相对的 block number（比如这个文件的第一个 block 的相对 block number 就是 0），返回这个 block 的地址。如果没有的话需要分配创建。
  • itrunc()：释放一个文件的所有 blocks

直接索引表上有 13 个元素位置，原本是 12 个直接索引 + 1 个一级间接索引，现在需要改成 11 个直接索引 + 1 个一级间接索引 + 1 个二级间接索引。

修改 fs.h 文件中的相关参数：

在这里插入图片描述
相应的修改 dinode 和 inode 中 addrs 的元素数量（因为宏 NDIRECT 数值变了，所以这两个地方需要相应地修改一下）：

dinode
inode

在 bmap() 函数中增加对耳机间接索引的支持：

static uint
bmap(struct inode *ip, uint bn)
{
  uint addr, *a;
  struct buf *bp;

  // 检查 bn 是否可以走直接索引
  if(bn < NDIRECT){
    if((addr = ip->addrs[bn]) == 0)  // 如果发现 bn 的 block 还不存在，则 alloc 一个 block
      ip->addrs[bn] = addr = balloc(ip->dev);
    return addr;
  }
  bn -= NDIRECT;

  // 检查 bn 是否可以走一级间接索引
  if(bn < NINDIRECT){
    // Load indirect block, allocating if necessary.
    if((addr = ip->addrs[NDIRECT]) == 0)
      ip->addrs[NDIRECT] = addr = balloc(ip->dev);
    bp = bread(ip->dev, addr);
    a = (uint*)bp->data;
    if((addr = a[bn]) == 0){
      a[bn] = addr = balloc(ip->dev);
      log_write(bp);
    }
    brelse(bp);
    return addr;
  }
  bn -= NINDIRECT;

  // 检查 bn 是否可以走二级间接索引
  if (bn < N_DOUBLE_INDIRECT) {
    if ((addr = ip->addrs[NDIRECT + 1]) == 0) {
      ip->addrs[NDIRECT + 1] = addr = balloc(ip->dev);
    }
    // 先从一级间接索引中找
    bp = bread(ip->dev, addr);
    a = (uint*)bp->data;
    uint level1 = bn / NINDIRECT;  // 在一级索引目录中的 index
    if ((addr = a[level1]) == 0) {
      a[level1] = addr = balloc(ip->dev);
      log_write(bp);
    }
    brelse(bp);
    // 再从二级间接索引中找
    bp = bread(ip->dev, addr);
    a = (uint*)bp->data;
    uint level2 = bn % NINDIRECT;  // 在二级索引目录中的 index
    if ((addr = a[level2]) == 0) {
      a[level2] = addr = balloc(ip->dev);
      log_write(bp);
    }
    brelse(bp);
    return addr;
  }

  panic("bmap: out of range");
}

在 itrunc() 函数中增加对二级间接索引的支持：

void
itrunc(struct inode *ip)
{
  int i, j;
  struct buf *bp;
  uint *a;

  for(i = 0; i < NDIRECT; i++){
    if(ip->addrs[i]){
      bfree(ip->dev, ip->addrs[i]);
      ip->addrs[i] = 0;
    }
  }

  if(ip->addrs[NDIRECT]){
    bp = bread(ip->dev, ip->addrs[NDIRECT]);
    a = (uint*)bp->data;
    for(j = 0; j < NINDIRECT; j++){
      if(a[j])
        bfree(ip->dev, a[j]);
    }
    brelse(bp);
    bfree(ip->dev, ip->addrs[NDIRECT]);
    ip->addrs[NDIRECT] = 0;
  }

  // 释放二级间接索引目录下的 blocks
  if (ip->addrs[NDIRECT + 1]) {
    // 从直接索引中记录的指针，访问一级间接索引
    struct buf *bp1 = bread(ip->dev, ip->addrs[NDIRECT + 1]);  // 一级间接索引的 block
    uint *a1 = (uint*)bp1->data;
    for(j = 0; j < NINDIRECT; j++) {  // 遍历一级间接索引的所有索引项
      if (a1[j]) {
        // 从一级间接索引中记录的指针，访问二级间接索引
        struct buf *bp2 = bread(ip->dev, a1[j]); // 二级间接索引的 block
        uint *a2 = (uint*)bp2->data;
        for(int k = 0; k < NINDIRECT; k++) {  // 遍历二级间接索引的所有索引项
          if (a2[k])
            bfree(ip->dev, a2[k]);  // 释放这个 data block
        }
        brelse(bp2);
        bfree(ip->dev, a1[j]);   // 释放二级间接索引的 block
      }
      //释放完了二阶指针块，
    }
    brelse(bp1); 
    bfree(ip->dev, ip->addrs[NDIRECT + 1]);  // 释放一级间接索引的 block
    ip->addrs[NDIRECT + 1] = 0;
  }

  ip->size = 0;
  iupdate(ip);
}

测试：

在这里插入图片描述

usertests 的结果：

usertests

Task 2：Symbolic links

这个 task 目标是新增一个系统调用，支持创建符号连接，就是一种新的文件类型，它链接到了另一个实际的文件。实现的思路就是，增加一种新的文件类型 “symlink”，创建 symlink 时，在文件内容中写入实际链接的文件名，这样就可以实现链接过去了。

2.1 增加一个系统调用 symlink

在 syscall.h 中增加一个新的系统调用号：

syscall.h
在 user/usys.pl 中增加一个 entry：

entry
在 user/user.h 中增加声明：

在这里插入图片描述
在 kernel/syscall.c 中的系统调用表中增加这个系统调用：

syscall.c

2.2 新增文件类型

我们需要新增一种 SYMLINK 的文件类型：

SYMLINK

2.3 新增 NOFOLLOW 标志位

按照 lab 官网给出的提示：

Add a new flag to kernel/fcntl.h, (O_NOFOLLOW), that can be used with the open system call. Note that flags passed to open are combined using a bitwise OR operator, so your new flag should not overlap with any existing flags. This will let you compile user/symlinktest.c once you add it to the Makefile.

我们在 kernel/fcntl.h 中增加这个 flag：

NOFOLLOW

2.4 实现 sys_symlink 系统调用

在 kernel/sysfile.c 中，我们实现 sys_symlink() 函数，用来在 path 上创建一个链接到 target 的 SYMLINK 文件：

uint64 sys_symlink(void)
{
  char target[MAXPATH], path[MAXPATH];  // 在 path 上创建一个 symlink 指向 target
  struct inode *dp, *ip;

  // 校验并绑定参数
  if (argstr(0, target, MAXPATH) < 0 || argstr(1, path, MAXPATH) < 0) {
    return -1;
  }

  begin_op();  // 开始一个文件系统操作

  // 校验 target 是否合法
  if ((ip = namei(target)) != 0 && ip->type == T_DIR) {
    end_op();
    goto bad;
  }

  // 创建 symlink 文件
  dp = create(path, T_SYMLINK, 0, 0);  // 这一步会同时为 inode 加锁
  if (dp == 0) {
    goto bad;
  }

  // 在 symlink 文件中写入 target 信息
  int targetLen = strlen(target);
  if (writei(dp, 0, (uint64)target, 0, targetLen) != targetLen) {
    panic("symlink: writei");  // 模仿 sys_unlink() 函数中的写法
  }

  iunlockput(dp);  // 释放 inode 的 lock
  end_op();
  return 0;

bad:
  end_op();
  return -1;
}

2.5 修改 sys_open 函数

我们需要修改 sys_open() 函数，官网给出的提示是：

  • Modify the open system call to handle the case where the path refers to a symbolic link. If the file does not exist, open must fail. When a process specifies O_NOFOLLOW in the flags to open, open should open the symlink (and not follow the symbolic link).
  • If the linked file is also a symbolic link, you must recursively follow it until a non-link file is reached. If the links form a cycle, you must return an error code. You may approximate this by returning an error code if the depth of links reaches some threshold (e.g., 10).

sys_open
该函数的完整代码如下：

uint64
sys_open(void)
{
  char path[MAXPATH];
  int fd, omode;
  struct file *f;
  struct inode *ip;
  int n;

  if((n = argstr(0, path, MAXPATH)) < 0 || argint(1, &omode) < 0)
    return -1;

  begin_op();

  if(omode & O_CREATE){
    ip = create(path, T_FILE, 0, 0);
    if(ip == 0){
      end_op();
      return -1;
    }
  } else {
    if((ip = namei(path)) == 0){
      end_op();
      return -1;
    }
    ilock(ip);
    if(ip->type == T_DIR && omode != O_RDONLY){
      iunlockput(ip);
      end_op();
      return -1;
    }
  }

  // 当没有 NOFOLLOW 标志时，对于 SYMLINK 文件，默认的行为是打开的链接过去的 target 文件
  if ((omode & O_NOFOLLOW) == 0) {
    struct inode *dp;
    char target[MAXPATH];
    int i;
    for (i = 0; i < 10 && ip->type == T_SYMLINK; i++) {
      // 从 inode 读取数据
      if (readi(ip, 0, (uint64)target, 0, MAXPATH) == 0) {
        iunlockput(ip);
        end_op();
        return -1;
      }
      // 读取 target 的 inode
      dp = namei(target);
      if (dp == 0) {
        iunlockput(ip);
        end_op();
        return -1;
      }
      iunlockput(ip);
      ip = dp;
      ilock(ip);
    }
    // 如果 10 轮循环后也没找到 target 原文件
    if (i == 10) {
      iunlockput(ip);
      end_op();
      return -1;
    }
  }

  if(ip->type == T_DEVICE && (ip->major < 0 || ip->major >= NDEV)){
    iunlockput(ip);
    end_op();
    return -1;
  }

  if((f = filealloc()) == 0 || (fd = fdalloc(f)) < 0){
    if(f)
      fileclose(f);
    iunlockput(ip);
    end_op();
    return -1;
  }

  if(ip->type == T_DEVICE){
    f->type = FD_DEVICE;
    f->major = ip->major;
  } else {
    f->type = FD_INODE;
    f->off = 0;
  }
  f->ip = ip;
  f->readable = !(omode & O_WRONLY);
  f->writable = (omode & O_WRONLY) || (omode & O_RDWR);

  if((omode & O_TRUNC) && ip->type == T_FILE){
    itrunc(ip);
  }

  iunlock(ip);
  end_op();

  return fd;
}

2.6 测试

完成以上代码实现后，测试就可以跑通过了：

symlinktest

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