第六章：文件系统

本章实现了文件系统支持，使用 easy-fs 文件系统和 virtio 块设备驱动，用户程序从磁盘镜像加载。

功能概述

• easy-fs 简单文件系统
• virtio-blk 块设备驱动
• 进程文件描述符表管理，支持标准输入输出和普通文件
• 标准文件操作接口

用户程序加载

用户程序存储在 easy-fs 磁盘镜像中，内核启动时挂载文件系统，通过文件名从文件系统加载。

新增或更新的系统调用

文件描述符表

每个进程维护一个文件描述符表 fd_table，统一管理标准输入输出和普通文件：

pub struct Process {
    pub fd_table: Vec<Option<Mutex<FileHandle>>>,
    // ...
}

打开文件时分配新的文件描述符，读写时通过 fd 查找对应的 FileHandle：

fn open(&self, path: usize, flags: usize) -> isize {
    if let Some(file) = FS.open(path_str, flags) {
        let new_fd = current.fd_table.len();
        current.fd_table.push(Some(Mutex::new(file)));
        new_fd as isize
    } else { -1 }
}

标准输入(0)、标准输出(1)、标准错误(2) 是预留的特殊 fd，直接通过 SBI 控制台操作。

关键依赖：tg-easy-fs

tg-easy-fs 是一个简单的文件系统实现。

• 磁盘布局：

  +------------+--------------+------------+-------------+-----------+
  | SuperBlock | Inode Bitmap | Inode Area | Data Bitmap | Data Area |
  +------------+--------------+------------+-------------+-----------+
  

• FSManager trait：文件系统管理接口

  pub trait FSManager {
      fn open(&self, path: &str, flags: OpenFlags) -> Option<Arc<FileHandle>>;
      fn find(&self, path: &str) -> Option<Arc<Inode>>;
      fn link(&self, src: &str, dst: &str) -> isize;
      fn unlink(&self, path: &str) -> isize;
      fn readdir(&self, path: &str) -> Option<Vec<String>>;
  }
  

• FileHandle：文件句柄，封装 Inode 和读写偏移，支持 read/write 操作

• UserBuffer：用户缓冲区抽象，处理跨页的用户空间数据

内核通过实现 BlockDevice trait 将 virtio-blk 与文件系统对接：

pub trait BlockDevice: Send + Sync + Any {
    fn read_block(&self, block_id: usize, buf: &mut [u8]);
    fn write_block(&self, block_id: usize, buf: &[u8]);
}

Exercise

见 Exercise

Dependencies

Features

License

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