LAB8 文件系统实验

一、 实验目的

1、 了解基本的文件系统调用的实现方法

2、 了解基于索引节点组织方式的sfs文件系统的设计与实现

3、 了解文件系统抽象层——vfs的设计与实现

二、 实验内容

实验七完成了在内核中的同步互斥实验。 本次实验涉及的是文件系统， 通过分析了解ucore文件系统的总体架构设计， 完善读写文件操作， 从新实现基于文件系统的执行程序机制（ 即改写do_execve） ， 从而可以完成执行存储在磁盘上的文件和实现文件读写等功能。

三、 实验原理

首先需要了解整个的文件系统的框架，文件系统分为通用文件系统访问接口层，文件系统抽象层，dev fs文件系统实现。

它们之间的关系可以这样描述：假如应用程序操作文件（ 打开/创建/删除/读写） ， 首先需要通过文件系统的通用文件系统访问接口层给用户空间提供的访问接口进入文件系统内部， 接着由文件系统抽象层把访问请求转发给某一具体文件系统（ 比如SFS文件系统） ， 具体文件系统（ Simple FS文件系统层） 把应用程序的访问请求转化为对磁盘上的block的处理请求， 并通过外设接口层交给磁盘驱动例程来完成具体的磁盘操作。

四、 实验练习

练习1：了解打开文件的流程，完成读文件操作的实现。

因为练习一要求完成读文件的操作以外，还要求了解打开文件的操作，所以

（1）从打开文件的操作开始看，在sh.c文件中，通过他的main函数可以看出这是一个单独的测试文件系统的文件，通过main->reopen->open->sys_open->syscall引起了系统调用到内核态，到了内核态之后。通过终端处理例程，调用sys_open->sysfile_open，到这里，文件访问接口层的处理流程就完成了。

（2）然后进入文件系统抽象层，通过file_open分配了一个空闲的file数据结构，file_open函数通过调用vfs_open和参数path来找到文件对应的inode结构的vfs索引节点，而vfs_open函数调用了vfs_lookup函数找到path对应的inode数据结构，还调用了vop_open

函数打开

文件。总体调用顺序为file_open->vfs_open->vfs_lookup(vop_open).

上述的vfs_lookup函数是一个针对目录的操作函数，需要通过path找到目标文件首先要找到根目录”/”，然后又有接下来的调用顺序vfs_lookup->vop_lookup->get_device->vfs_get_bootfsget_device当中，通过判断path中第一个字符是’/’还是’:’判断这个path指向的是操作系统所在的文件系统还是当前在使用的那个文件系统。（current filesystem是什么？）

然后vfs_lookup会调用vop_lookup找到对应文件的索引节点了。找到索引节点之后，再调用宏定义vop_open打开文件。

（3）以上还是文件系统抽象层的处理，vop_lookup如何找到索引节点的，它还做了什么，这些具体细节我们还不得而知，然后就要进入SFS文件系统层了。

实际上vop_lookup是一个宏定义的函数，这个宏定义的内容就是去执行当前文件系统的操作集的lookup操作，lookup的实现在文件sfs_inode.c中，在ucore中SFS文件系统层大部分操作的实现在sfs_inode.c文件中，在里面有个sfs_lookup函数，与vop_lookup是等价的，sfs_lookup的主要工作是由调用sfs_lookup_once来完成的，主要内容是用过循环分解path得到文件对应的inode，由于ucore认为文件系统只有一个文件目录，所以只要调用一次sfs_lookup_once就能找到文件所在的文件夹。之后会遍历文件夹里面的每一个文件的文件入口的文件名，如果是要找的文件则返回。找文件的操作就完成了。

练习一要完成的主要部分是完善sfs_io_nolock函数，该函数前面完成的工作主要工作是检查对文件的操作是否会发生溢出，分别有防止写溢出、读溢出，然后判断是读操作，还是写操作。Ucore又两个读操作函数，一个是sfs_buf_op（能够读取小于一块block的数据），还有sfs_block_op（读取整块的数据），因为你读的起始位置和结束位置不一定与block是对齐的，所以把要读取的数据分为三部分，分为前中后。实际上，在以上三个部分的任意一个部分中，读的操作又分为：根据内存中的索引节点，和要读的逻辑块号，找到具体的那一块对应的磁盘索引编号；找到编号之后，再用以上两个读函数之一完成读数据操作。

具体代码如下：

练习2：完成基于文件系统的执行程序机制的实现 ，完成loadicode

该练习 主要需要完成的部分为完成函数loadicode，loadicode完成的主要是

1、 建立内存管理器

2、 建立页目录表

3、 从硬盘上读取程序内容到内存

4、 并且建立好相应的虚拟内存映射表

5、 设置好用户栈

6、 还有进程的中断帧。

Lab5也有函数loadicode的实现，但是第三部读取程序内容的部分不是从硬盘读取，而

是因为系统启动的时候bootloader就把所有内容都往内存放了，所以lab5中读取程序是从

内存中直接复制过来，所以在做练习2的时候，只需要修改步骤3部分的代码就可以了。

步骤3代码如下：

 

第二篇：清华大学操作系统简介与前言