Lab9: file system

在本实验室中，您将向xv6文件系统添加大型文件和符号链接。

[!WARNING|label:Attention] 在编写代码之前，您应该阅读《xv6手册》中的《第八章：文件系统》，并学习相应的代码。

获取实验室的xv6源代码并切换到fs分支：

$ git fetch
$ git checkout fs
$ make clean

Large files(moderate)

在本作业中，您将增加xv6文件的最大大小。目前，xv6文件限制为268个块或268*BSIZE字节（在xv6中BSIZE为1024）。此限制来自以下事实：一个xv6 inode包含12个“直接”块号和一个“间接”块号，“一级间接”块指一个最多可容纳256个块号的块，总共12+256=268个块。

bigfile命令可以创建最长的文件，并报告其大小：

$ bigfile
..
wrote 268 blocks
bigfile: file is too small
$

测试失败，因为bigfile希望能够创建一个包含65803个块的文件，但未修改的xv6将文件限制为268个块。

您将更改xv6文件系统代码，以支持每个inode中可包含256个一级间接块地址的“二级间接”块，每个一级间接块最多可以包含256个数据块地址。结果将是一个文件将能够包含多达65803个块，或256*256+256+11个块（11而不是12，因为我们将为二级间接块牺牲一个直接块号）。

预备

mkfs程序创建xv6文件系统磁盘映像，并确定文件系统的总块数；此大小由kernel/param.h中的FSSIZE控制。您将看到，该实验室存储库中的FSSIZE设置为200000个块。您应该在make输出中看到来自mkfs/mkfs的以下输出：

nmeta 70 (boot, super, log blocks 30 inode blocks 13, bitmap blocks 25) blocks 199930 total 200000

这一行描述了mkfs/mkfs构建的文件系统：它有70个元数据块（用于描述文件系统的块）和199930个数据块，总计200000个块。

如果在实验期间的任何时候，您发现自己必须从头开始重建文件系统，您可以运行make clean，强制make重建fs.img。

看什么

磁盘索引节点的格式由fs.h中的struct dinode定义。您应当尤其对NDIRECT、NINDIRECT、MAXFILE和struct dinode的addrs[]元素感兴趣。查看《XV6手册》中的图8.3，了解标准xv6索引结点的示意图。

在磁盘上查找文件数据的代码位于fs.c的bmap()中。看看它，确保你明白它在做什么。在读取和写入文件时都会调用bmap()。写入时，bmap()会根据需要分配新块以保存文件内容，如果需要，还会分配间接块以保存块地址。

bmap()处理两种类型的块编号。bn参数是一个“逻辑块号”——文件中相对于文件开头的块号。ip->addrs[]中的块号和bread()的参数都是磁盘块号。您可以将bmap()视为将文件的逻辑块号映射到磁盘块号。

你的工作

修改bmap()，以便除了直接块和一级间接块之外，它还实现二级间接块。你只需要有11个直接块，而不是12个，为你的新的二级间接块腾出空间；不允许更改磁盘inode的大小。ip->addrs[]的前11个元素应该是直接块；第12个应该是一个一级间接块（与当前的一样）；13号应该是你的新二级间接块。当bigfile写入65803个块并成功运行usertests时，此练习完成：

$ bigfile
..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
wrote 65803 blocks
done; ok
$ usertests
...
ALL TESTS PASSED
$

运行bigfile至少需要一分钟半的时间。

提示：

• 确保您理解bmap()。写出ip->addrs[]、间接块、二级间接块和它所指向的一级间接块以及数据块之间的关系图。确保您理解为什么添加二级间接块会将最大文件大小增加256*256个块（实际上要-1，因为您必须将直接块的数量减少一个）。
• 考虑如何使用逻辑块号索引二级间接块及其指向的间接块。
• 如果更改NDIRECT的定义，则可能必须更改file.h文件中struct inode中addrs[]的声明。确保struct inode和struct dinode在其addrs[]数组中具有相同数量的元素。
• 如果更改NDIRECT的定义，请确保创建一个新的fs.img，因为mkfs使用NDIRECT构建文件系统。
• 如果您的文件系统进入坏状态，可能是由于崩溃，请删除fs.img（从Unix而不是xv6执行此操作）。make将为您构建一个新的干净文件系统映像。
• 别忘了把你bread()的每一个块都brelse()。
• 您应该仅根据需要分配间接块和二级间接块，就像原始的bmap()。
• 确保itrunc释放文件的所有块，包括二级间接块。

Symbolic links(moderate)

在本练习中，您将向xv6添加符号链接。符号链接（或软链接）是指按路径名链接的文件；当一个符号链接打开时，内核跟随该链接指向引用的文件。符号链接类似于硬链接，但硬链接仅限于指向同一磁盘上的文件，而符号链接可以跨磁盘设备。尽管xv6不支持多个设备，但实现此系统调用是了解路径名查找工作原理的一个很好的练习。

你的工作

[!TIP|label:YOUR JOB] 您将实现symlink(char *target, char *path)系统调用，该调用在引用由target命名的文件的路径处创建一个新的符号链接。有关更多信息，请参阅symlink手册页（注：执行man symlink）。要进行测试，请将symlinktest添加到Makefile并运行它。当测试产生以下输出（包括usertests运行成功）时，您就完成本作业了。

$ symlinktest
Start: test symlinks
test symlinks: ok
Start: test concurrent symlinks
test concurrent symlinks: ok
$ usertests
...
ALL TESTS PASSED
$

提示：

• 首先，为symlink创建一个新的系统调用号，在user/usys.pl、user/user.h中添加一个条目，并在kernel/sysfile.c中实现一个空的sys_symlink。
• 向kernel/stat.h添加新的文件类型（T_SYMLINK）以表示符号链接。
• 在kernel/fcntl.h中添加一个新标志（O_NOFOLLOW），该标志可用于open系统调用。请注意，传递给open的标志使用按位或运算符组合，因此新标志不应与任何现有标志重叠。一旦将user/symlinktest.c添加到Makefile中，您就可以编译它。
• 实现symlink(target, path)系统调用，以在path处创建一个新的指向target的符号链接。请注意，系统调用的成功不需要target已经存在。您需要选择存储符号链接目标路径的位置，例如在inode的数据块中。symlink应返回一个表示成功（0）或失败（-1）的整数，类似于link和unlink。
• 修改open系统调用以处理路径指向符号链接的情况。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）。
• 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。
• 其他系统调用（如link和unlink）不得跟随符号链接；这些系统调用对符号链接本身进行操作。
• 您不必处理指向此实验的目录的符号链接。

可选的挑战练习

实现三级间接块