Lec8 文件

xv6 的 VFS

磁盘结构

磁盘存储布局如下图所示

• boot： 存储系统启动引导程序
• super： 记录总容量、inode数量等文件系统全局元数据
• log： 记录系统日志
• inodes： 存储文件元数据（如权限、大小、数据块位置）的区域，每个文件对应一个inode
• bitmap： 用一个比特位标记一个数据块是否被使用，用于快速分配和回收空间
• Data： 实际存储目录结构和文件内容的地方

Buffer Cache

Buffer Cache 在 xv6 中用于缓存磁盘的数据，减少重复读写的次数，其在xv6中使用如下结构体表示：

buf.h

struct buf {
  int valid;   // 内存与磁盘存储的内容是否一致
  int disk;    // does disk "own" buf?
  uint dev;
  uint blockno;
  struct sleeplock lock;
  uint refcnt;
  struct buf *prev; // LRU cache list
  struct buf *next;
  uchar data[BSIZE];
};

xv6 使用双向链表组织 Buffer Cache

bio.c

struct {
  struct spinlock lock;
  struct buf buf[NBUF];

  // Linked list of all buffers, through prev/next.
  // Sorted by how recently the buffer was used.
  // head.next is most recent, head.prev is least.
  struct buf head;
} bcache;

日志系统

inode

inode 在磁盘中用于存储文件的元数据，在 xv6 中，使用dinode结构体表示磁盘中的inode

fs.h/dinode

// On-disk inode structure
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+1];   // Data block addresses
};

inode 结构体表示内存对磁盘inode的拷贝，lock用于同步磁盘dinode的数据字段

fs.h/inode

// in-memory copy of an inode
struct inode {
  uint dev;           // Device number
  uint inum;          // Inode number
  int ref;            // Reference count
  struct sleeplock lock; // protects everything below here
  int valid;          // inode has been read from disk?

  short type;         // copy of disk inode
  short major;
  short minor;
  short nlink;
  uint size;
  uint addrs[NDIRECT+1];
};

创建文件

struct inode* ialloc(uint dev, short type) {
  int inum;
  struct buf *bp;
  struct dinode *dip;

  for(inum = 1; inum < sb.ninodes; inum++){
    bp = bread(dev, IBLOCK(inum, sb));
    dip = (struct dinode*)bp->data + inum%IPB;
    if(dip->type == 0){  // a free inode
      memset(dip, 0, sizeof(*dip));
      dip->type = type;
      log_write(bp);   // mark it allocated on the disk
      brelse(bp);
      return iget(dev, inum);
    }
    brelse(bp);
  }
  panic("ialloc: no inodes");
}