一、文件系统目录操作
文件系统目录的操作主要涉及以下几个功能，判断文件名是否相等、获取 dir 目录下的 文件名和在 dir 目录中添加目录项。以下为这个三个功能的代码实现：
static bool match_name(const char *name, const char *entry_name, char **next) // 判断文件名是否相等
{
char *lhs = (char *)name;
char *rhs = (char *)entry_name;
while (*lhs == *rhs && *lhs != EOS && *rhs != EOS) // 逐个字符进行判断，直到字符不相等或字符结束
{
lhs++;
rhs++;
}
if (*rhs) // 如果entry_name还有剩余字符，说明不匹配，直接返回false
return false;
if (*lhs && !IS_SEPARATOR(*lhs)) // 如果 name 还有字符但不是路径分隔符，说明不匹配
return false;
if (IS_SEPARATOR(*lhs)) // 如果name还有字符且是路径分割符。
lhs++; // 跳过路径分割符
*next = lhs; // 返回剩余部分
return true;
}
// 获取 dir 目录下的 name 目录 所在的 dentry_t 和 buffer_t
static buffer_t *find_entry(inode_t **dir, const char *name, char **next, dentry_t **result)
{
u32 entries = (*dir)->desc->size / sizeof(dentry_t); // dir 目录最多子目录数量
idx_t i = 0; // 当前处理的目录项索引
idx_t block = 0; // 当前数据块号
buffer_t *buf = NULL; // 当前数据块的缓冲区
dentry_t *entry = NULL; // 当前目录项指针
idx_t nr = EOF;
for (; i < entries; i++, entry++)
{
if (!buf || (u32)entry >= (u32)buf->data + BLOCK_SIZE) // 数据块边界检查
{
brelse(buf);
block = bmap((*dir), i / BLOCK_DENTRIES, false); // 计算需要读取的块号：目录项索引 / 每块目录项数
buf = bread((*dir)->dev, block); // 读取数据块到缓冲区
entry = (dentry_t *)buf->data;
}
if (match_name(name, entry->name, next))
{
*result = entry; // 返回找到的目录项
return buf; // 返回包含目录项的缓冲区（引用计数+1）
}
}
brelse(buf);
return NULL; // 返回NULL说明没找到目录
}
static buffer_t *add_entry(inode_t *dir, const char *name, dentry_t **result) // 在 dir 目录中添加 name 目录项
{
char *next = NULL;
buffer_t *buf = find_entry(&dir, name, &next, result); // 判断目录中是否已有指定目录项，有则直接返回
if (buf)
{
return buf;
}
for (size_t i = 0; i < NAME_LEN && name[i]; i++) // name 中不能有路径分隔符
{
assert(!IS_SEPARATOR(name[i]));
}
idx_t i = 0; // 目录项索引
idx_t block = 0; // 数据块号
dentry_t *entry; // 目录项指针
for (; true; i++, entry++) // 主循环 寻找空闲目录项位置
{
if (!buf || (u32)entry >= (u32)buf->data + BLOCK_SIZE)
{
brelse(buf);
block = bmap(dir, i / BLOCK_DENTRIES, true); // // true表示需要分配新块
buf = bread(dir->dev, block); // 读取块
entry = (dentry_t *)buf->data;
}
if (i * sizeof(dentry_t) >= dir->desc->size)
{
entry->nr = 0; // 标记为空闲目录项
dir->desc->size = (i + 1) * sizeof(dentry_t); // 扩展目录大小
dir->buf->dirty = true; // // 标记目录inode为脏
}
if (entry->nr) // 目录项已被使用，继续查找
continue;
strncpy(entry->name, name, NAME_LEN); // 找到空闲位置，创建新目录项。复制名称
buf->dirty = true;
dir->desc->mtime = time();
dir->buf->dirty = true;
*result = entry;
return buf;
};
}
通过以上三个操作目录的函数就可以进行目录项的查找和创建了，通过add_entry不仅可以创建目录，还可以创建硬链接。只需要把新创建的目录项的nr设置为何原来的nr相等即可，这样就指向了同一个inode。
二、文件系统namei
文件系统的namei设置两个功能，分别是获取 pathname 对应的父目录 inode 和 获取 pathname 对应的 inode。 代码实现如下：
inode_t *named(char *pathname, char **next) // 获取 pathname 对应的父目录 inode
{
inode_t *inode = NULL;
task_t *task = running_task(); // 获取当前运行的进程
char *left = pathname;
if (IS_SEPARATOR(left[0])) // 判断第一个字符是否是路径分隔符。
{
inode = task->iroot; // 如果是以根目录起始位置，获取进程的根目录。进程根目录默认与文件系统根目录一直，但是可以通过chroot来修改。
left++;
}
else if (left[0]) // 如果不是绝对路径，获取到进程的当前工作目录
inode = task->ipwd;
else // 否则返回空
return NULL;
inode->count++; // inode的引用计数+1。防止innode被释放
*next = left; // 设置剩余路径
if (!*left) // 如果路径已解析完（如："/" 或 ""） 直接返回当前inode
{
return inode;
}
char *right = strrsep(left); // 从后往前找最后一个分隔符
if (!right || right < left) // 没找到分隔符或位置错误 ，返回当前inode
{
return inode;
}
right++; // 指向最后一个分量（文件名部分）
*next = left; // 重置next为完整剩余路径
dentry_t *entry = NULL;
buffer_t *buf = NULL;
while (true)
{
brelse(buf);
buf = find_entry(&inode, left, next, &entry); // 在当前目录中查找下一个路径分量
if (!buf)
goto failure; // 查找失败
dev_t dev = inode->dev;
iput(inode); // 释放当前目录inode
inode = iget(dev, entry->nr); // 获取下一级目录/文件的inode
if (!ISDIR(inode->desc->mode) || !permission(inode, P_EXEC)) // 检查是否是目录且有执行权限
goto failure;
if (right == *next) // 已解析到最后一个分量之前
goto success; // 成功找到父目录
left = *next;
}
success:
brelse(buf);
return inode; // 返回的inode仍有有效引用
failure:
brelse(buf);
iput(inode); // 减少引用，平衡前面引用计数的增加
return NULL;
}
inode_t *namei(char *pathname) // 获取 pathname 对应的 inode
{
char *next = NULL;
inode_t *dir = named(pathname, &next); // 找到父目录的inode
if (!dir)
return NULL;
if (!(*next))
return dir;
char *name = next;
dentry_t *entry = NULL;
buffer_t *buf = find_entry(&dir, name, &next, &entry);
if (!buf)
{
iput(dir);
return NULL;
}
inode_t *inode = iget(dir->dev, entry->nr);
iput(dir);
brelse(buf);
return inode;
}
假设对于路径 /home/user/file.txt： 初始：left = “home/user/file.txt”, right = “file.txt”
- 第一轮：在根目录查找"home"，进入/home目录
- 第二轮：在/home目录查找"user"，进入/home/user目录
- 检查：*next = “file.txt” == right，停止循环
- 返回：/home/user目录的inode（file.txt的父目录）
三、inode读写与截断
读写inode就是实现对文件的读写操作，截断inode是清空文件内容，释放inode的所有文件块，但是这个文件还是存在的。涉及两个函数实现如下：
int inode_read(inode_t *inode, char *buf, u32 len, off_t offset) // 从 inode 的 offset 处，读 len 个字节到 buf
{
if (offset >= inode->desc->size) // 如果偏移量超过文件大小，返回 EOF
{
return EOF;
}
u32 begin = offset; // 开始读取的位置
u32 left = MIN(len, inode->desc->size - offset); // 剩余字节数
while (left)
{
idx_t nr = bmap(inode, offset / BLOCK_SIZE, false); // 找到对应的文件偏移，所在文件块
buffer_t *bf = bread(inode->dev, nr); // 读取文件块缓冲
u32 start = offset % BLOCK_SIZE; // 文件块中的偏移量
u32 chars = MIN(BLOCK_SIZE - start, left); // 本次需要读取的字节数
offset += chars; // 更新 偏移量 和 剩余字节数
left -= chars;
char *ptr = bf->data + start; // 文件块中的指针
memcpy(buf, ptr, chars); // 拷贝内容
buf += chars; // 更新缓存位置
brelse(bf); // 释放文件块缓冲
}
inode->atime = time(); // 更新访问时间
return offset - begin; // 返回读取数量
}
int inode_write(inode_t *inode, char *buf, u32 len, off_t offset) // 从 inode 的 offset 处，将 buf 的 len 个字节写入磁盘
{
assert(ISFILE(inode->desc->mode)); // 不允许目录写入目录文件，修改目录有其他的专用方法
u32 begin = offset; // 开始的位置
u32 left = len; // 剩余数量
while (left)
{
idx_t nr = bmap(inode, offset / BLOCK_SIZE, true); // 找到文件块，若不存在则创建
buffer_t *bf = bread(inode->dev, nr); // 将读入文件块
bf->dirty = true;
u32 start = offset % BLOCK_SIZE; // 块中的偏移量
char *ptr = bf->data + start; // 文件块中的指针
u32 chars = MIN(BLOCK_SIZE - start, left); // 读取的数量
offset += chars; // 更新偏移量
left -= chars; // 更新剩余字节数
if (offset > inode->desc->size) // 如果偏移量大于文件大小，则更新
{
inode->desc->size = offset;
inode->buf->dirty = true;
}
memcpy(ptr, buf, chars); // 拷贝内容
buf += chars; // 更新缓存偏移
brelse(bf); // 释放文件块
}
inode->desc->mtime = inode->atime = time(); // 更新修改时间
bwrite(inode->buf); // 实时刷盘
return offset - begin; // 返回写入大小
}
截断inode文件的代码这里不再展示，逻辑就是找到inode截断后，逐级释放直接块和间接块。这里测试这些功能时，路径可以使用 .. 和 . 两个特殊目录项。这里有些读者可能比较好奇，我们的系统中并未实现这两个特殊的目录项。这是因为在测试时目录是在makefike中通过已有操作系统的mkdir命令创建的，会自动创建这两个目录项。
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