MIT-6.S081-2020实验（xv6-riscv64）九：fs

实验文档

概述

这次实验涉及文件系统，重点是对inode节点的操作。

内容

Large files

这个任务主要目的是支持更大的文件。和内存映射类似，文件系统中也有一个类似“页表”的结构，每个文件（inode）都有自己的一个“页表”，维护自己文件占用的文件块。和内存不同的是，这个“页表”的级别是自定义的，原始的xv6的表有13项，前12项直接包含文件块的地址，第13项是二级表的地址，二级表包含256项，每项都是文件块的地址，所以单个文件最大为12+256个文件块，为了支持更大的文件，需要将直接包含文件块地址的表项中取一项支持三级表，这样单个文件就可以扩大到11+256+256*256块。整体思路还是很清晰的，bmap函数添加：

  bn -= NINDIRECT;

  if(bn < NININDIRECT){
      int lev1 = bn / NINDIRECT, lev2 = bn % NINDIRECT;
    // Load indirect block, allocating if necessary.
    if((addr = ip->addrs[NDIRECT + 1]) == 0)
      ip->addrs[NDIRECT + 1] = addr = balloc(ip->dev);
    bp = bread(ip->dev, addr);
    a = (uint*)bp->data;
    if((addr = a[lev1]) == 0){
      a[lev1] = addr = balloc(ip->dev);
      log_write(bp);
    }
    brelse(bp);
    bp = bread(ip->dev, addr);
    a = (uint*)bp->data;
    if((addr = a[lev2]) == 0){
      a[lev2] = addr = balloc(ip->dev);
      log_write(bp);
    }
    brelse(bp);
    return addr;
  }
  panic("bmap: out of range");

itrunc函数也做相应的添加：

  if(ip->addrs[NDIRECT + 1]){
    bp = bread(ip->dev, ip->addrs[NDIRECT + 1]);
    a = (uint*)bp->data;
    for(j = 0; j < NINDIRECT; j++) {
      if(a[j]) {
        bp2 = bread(ip->dev, a[j]);
        a2 = (uint*)bp2->data;
        for(k = 0; k < NINDIRECT; k++) if (a2[k]) bfree(ip->dev, a2[k]);
        brelse(bp2);
        bfree(ip->dev, a[j]);
      }
    }
    brelse(bp);
    bfree(ip->dev, ip->addrs[NDIRECT + 1]);
    ip->addrs[NDIRECT + 1] = 0;

Symbolic links

这个任务主要实现软符号链接，个人还是觉得有点难度，需要对inode节点的各类操作比较熟悉。首先是给inode和dinode添加一个字符串属性用来存储符号链接中的目标路径，比如dinode：

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+2];   // Data block addresses
  char target[MAXTARGET];
};

主要这个MAXTARGET这个常量是有讲究的，因为dinode是一个一个排布在一个硬盘块里面的，所以硬盘块的大小必须是dinode结构体大小的倍数，硬盘块的大小是常量BSIZE的大小，即1024字节，当没有target属性时，dinode的大小为2*4+4+4*13=64，刚好被1024整除，同时查看param.h可以发现xv6规定的路径长度最大可以为128，所以MAXTARGET还得大于128，因此我取MAXTARGET=192，192+64=256，被1024整除。

然后就是sys_symlink：

uint64 sys_symlink(void) {                                                                                       char target[MAXPATH], path[MAXPATH];
    if(argstr(0, target, MAXPATH) < 0 || argstr(1, path, MAXPATH) < 0)
        return -1;
    begin_op();
    struct inode *ip = create(path, T_SYMLINK, 0, 0);
    if (ip == 0) {
        end_op(); return -1;
    }
    memmove(ip->target, target, sizeof(target));
    iupdate(ip); iunlockput(ip);
    end_op(); return 0;
}

首先需要注意获得传入系统调用的字符串需要用argstr，不能用argaddr获得地址后自己复制，因为那个地址是用户内存的虚拟地址，现在在内核态，页表已经被换掉了。这里调用了create函数来创建符号文件，因为create函数里没有对inode的target属性赋值，所以需要在这里处理。另外就是create函数返回的有效inode是已经经过iget和ilock的了，所以这里create完就直接赋值target属性并更新到对应的dinode，然后iunlock解锁再iput释放inode指针（合起来是iunlockput函数）。

接着是对open函数的修改，主要就是添加一个沿着符号链接不断查找的过程，经过查找后得到的路径才是需要open的真正路径：

  if(omode & O_CREATE){
      ......
  } else {
      int cnt = 0;
      for (;;) {
          ip = namei(path);
          if (ip == 0) {
              end_op(); return -1;
          }
          ilock(ip);
          if(ip->type != T_SYMLINK || (omode & O_NOFOLLOW)) break;
          memmove(path, ip->target, MAXPATH);
          iunlockput(ip);
          cnt++;
          if (cnt > 9) {
              end_op(); return -1;
          }
      }
      ......

namei得到的inode是经过iget但没ilock的，所以取属性和修改属性需先ilock。另外就是memmove参数的最后一个参数需要是MAXPATH而不是sizeof(ip->target)，因为inode的target属性我跟随dinode的target属性都设成192字节的字符串，大小大于MAXPATH即128，所以如果按sizeof来复制会溢出。

---

由于我使用的是虚拟机，虽然我已经通过使用无桌面版arch linux+ssh控制来尽可能减少CPU和内存的消耗了，但文件读写还是非常难顶。虽然程序单独测试正确，思路也和网上别人通过的程序思路基本一样，最后make grade的时候还是超时了，不得已，把测试脚本里的bigfile和usertests测试时限都改成10分钟才通过（usertests里的writebig好像在这次实验里格外耗时）。估计使用真机或WSL读写真磁盘来完成本实验情况会好一些。