2021-xv6实验记录(四)

本次实验，将进行两个任务

在 xv6 文件系统的代码里添加对大文件的支持

实现“符号链接”。

在进行实验前，适当地参考“官方参考书”的第 8 个章节——File System

官方实验指南：https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2022/labs/fs.html

官方参考书：https://pdos.csail.mit.edu/6.828/2022/xv6/book-riscv-rev3.pdf

老规矩：实验前先切换分支

$ git fetch
# 使用上述fetch的时候系统告诉你要缓存或者提交？那你不会commit？
# git commit -m"实验三缓存"
$ git checkout fs
$ make clean

任务一：【Large files】

实验描述

xv6 文件系统的一个“文件”在存储设备（一般为外存）上的逻辑结构图

在XV6底层实现中，文件是由 struct dinode来描述的，其代码结构如下

struct dinode {
  short type;           // 文件类型
  short major;          // 主设备号(当文件类型是设备的时候)
  short minor;          // 从设备号(当文件类型是设备的时候)
  short nlink;          // 表示有多少个目录指向该索引节点
  uint size;            // 文件大小(字节)
  uint addrs[NDIRECT + 1];   // 数据块地址
};

根据图中的解释可以清晰的了解到一个文件索引的大小268KB

了解上述基本知识以后，可以尝试在xv6的终端敲入以下命令

$ bigfile				# 敲入的命令是这条，下面是测试结果
..
wrote 268 blocks
bigfile: file is too small
$

其中，bigfile 是一个用户层的测试程序，它尝试在分配 268 个块之后再分配 65803 个块，很明显，这个数值超过了 xv6 文件系统的现有限制，因此，抛出file is too small的错误。

本次实验的第一个任务已经浮出水面，就是要让 xv6 文件系统支持大文件的创建，以让上述用户层的测试程序能够正常运行。

实验思路

268KB的存储块可以装个啥？装个锤。因此尝试一下在不修改底层dinode结构体大小的情况下，

修改一个之前包含了直接数据块地址的成员变量【就是上述十二个数据块直接地址变量中的一个】，让其指向一个二级间接块
二级间接块同样有256个条目，但是每个条目指向的是一个一级间接块
一级间接块又包含256个条目，每个条目指向一个直接数据块

根据我在脑海中生成的样子：

一些提示

kernel/fs.c中的bmap()函数是关键点：主要实现将用户传入的相对的逻辑块号（针对文件的偏移）转为一个绝对的物理块号（针对该设备上的偏移，而一个设备可以包含多个文件）；目前bmap仅支持直接块和一级间接块的寻址，你需要添加对二级间接块的寻址
可以修改一个原本用于“存放直接块地址”的成员变量，让其用于存放二级间接块地址（不能变化 dinode 结构体的大小）
NDIRECT 表示 dinode 里直接块地址的数目，而 NINDIRECT 表示的是 dinode 结构体里间接块地址的数目（都在 kernel/fs.h 里定义），所以针对它们的宏定义，可能需要得到相应的修改。修改了 NDIRECT 的值，请重新生成 xv6虚拟机的镜像文件——fs.img，生成的方法是在 xv6 的源码根目录下敲——make clean，它在清理一些临时的编译文件同时，会在主机系统里强制生成最新的fs.img（这个镜像文件里包含着整个 xv6 虚拟机的文件系统）
还有一个名为 MAXFILE 的宏定义，表示当前文件系统所支持的数据块数目，因需要支持大文件所以也需要修改。
dinode 是索引节点用于存放在外存上（disk）的结构，其实它在内存中也存在一个特定的版本——名为 inode 结构体（定义在kernel/risc.h），所以，当你为了支持大文件或者二级间接块修改了 dinode 之后，也请修改 inode 的结构体的相应的成员变量
除了分配块的 bmap()函数，释放块的函数itrunc()也需要修改kernel/fs.c，以支持释放或回收后面加入的二级间接块【可以参考 itrunc 是怎么处理一级间接块的】

实验过程

因为需要将一个直接索引变成二级间接索引，因此根据【提示 2 和提示 3 】对宏定义进行修改，打开kernel/fs.h文件

#define NDIRECT 11 // 减少一个直接索引，增加一个二级间接索引
#define NINDIRECT (BSIZE / sizeof(uint))
#define NDINDIRECT NINDIRECT * NINDIRECT // 二级间接索引提供的块
#define MAXFILE (NDIRECT + NINDIRECT + NBI_INDIRECT)//总数据块的数量

修改 struct dinode 和 struct inode。【提示 5 】

打开kernel/fs.h文件修改宏定义以及dinode

因为修改了dinode所以还要修改inode，打开文件kernel/file.h

修改kernel/fs.c文件中的 bmap 函数【提示 1】然后修改itrunc函数【提示 6】

结果验证

任务二：【Symbolic links】

实验描述

第二个任务是为 xv6 的文件增加“符号链接”功能
增加一个名为symlink(char *target, char *path)的系统调用，以实现创建符号链接的功能。target 指的是被创建符号链接的文件路径（包括文件名），而path 指的是该符号链接创建后存放的路径名（包括符号链接本身文件名）

实验思路

创建新系统调用的步骤，为 symlink 提供一个接口/入口，内部实现可以暂时为空（需要修改 user/usys.pl、user/user.h 、kernel/sysfile.c 等文件
在 kernel/stat.h 中，创建一个名为（T_SYMLINK）文件类型，去代表 symlink()所创建的符号链接类型（xv6 原本支持的文件类型有三种，分别是常规文件、目录文件和设备文件，现在有了第四种）
在 kernel/fcntl.h 中，加入一个标志位——O_NOFOLLOW，用于 open()在打开符号链接时，以表明打开的对象为符号链接本身，而不是该符号链接所指向的目标文件（没有该标志位的话，系统将无法区分上述两种情况，因为 open 函数的内部处理需要返回一个指向 inode 的指针，那么这个指针到底是应该指向符号链接文件本身，还是其所指向的对象文件？
可能存在一个嵌套或者递归的情况，你用 open 打开的符号链接，其指向的又是另外一个符号链接……我们最多允许 10次递归，超过就报错