28.文件目录解析代码实现

Posted 2022-08-03 PacosonSWJTU

【README】

1.本文内容总结自 B站 《操作系统-哈工大李治军老师》，内容非常棒，墙裂推荐；

背景：

• 磁盘格式化后，其组成部分包括引导块，超级块，inode使用位图，盘块使用位图，inode数组，数据区（如上图所示）；

【图解】目录解析步骤：（以解析 /my/data/a文件为例）

• 步骤1：通过超级块计算出inode数组起始位置，inode数组的第一个inode就是根目录inode（或FCB）；
• 步骤2：通过根目录inode查找子目录项列表（形如 <my,103> <data,203>格式），在目录项列表中查找名称为my的inode编号103；
• 步骤3：根据目录my的inode编号103到inode数组中读取目录my对应的inode103；
• 步骤4：通过inode103查找子目录项列表，从中查找名称为 data 的inode编号203；
• 步骤5：以此类推，找到目录或文件a的inode（如inode303）；
• 步骤6：通过inode303获取文件描述符fd（该文件在PCB数组的下标），把fd和要操作的字符位置送入到 read系统调用（函数）获取文件a的盘块号（如789）（因为文件a的内容分散在多个盘块，需要根据字符位置找到具体某个盘块）；
• 步骤7：把盘块号添加到请求队列；
• 步骤8：磁盘驱动根据电梯算法获取盘块号，并计算出CHS（柱面号，磁头号，扇区号），通过out命令把参数送入磁盘控制器；
• 步骤9：磁盘控制器根据CHS操作磁盘进行读写，如读操作，则读入到内存缓冲区（循环读取，每次1个字符）；
• 步骤10：读磁盘操作完成后，磁盘控制器发出中断，中断处理程序唤醒睡眠的用户线程；
• 步骤11：用户线程把内存缓冲区的数据根据用户程序指令送入cpu进行进一步处理；

补充：目录解析过程也可以参考下图。

上面是解析目录的整个过程，接下来看下目录解析的代码实现；

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 【1】目录解析的代码实现

具体的，目录解析就是  open(/xx/test.c) 打开文件的具体代码实现；

1）open(...)打开文件

 【图解】

• open_namei是目录解析函数；
• open_namei 调用了 dir_namei 函数，dir_namei 函数调用了 get_dir(...) 函数；

2）get_dir(...) 函数

 【代码】

// 目录解析 /my/data/a 
static struct m_inode *get_dir(const char* pathname)

	if ((c=get_fs_byte(pathname)) == '/') 
		// 1.找到根目录的inode
		inode = current->root;
		pathname++;
	 else if (c) 
		inode = current->pwd; 
	
	while(1) 
		if (!c) return inode; 
		// 2.find_entry 从根目录中读取给定路径名my的目录
		bh = find_entry(&inode, thisname, namelen, &de);
		// 3.获取该目录my的索引节点 
		int inr = de->inode; 
		int idev = inode->i_dev; 
		// 4.再读取目录my的下一层inode, inr是目录my的inode下标
		inode = iget(idev, inr); 
	
   

目录解析步骤：

• 1.找到根目录的inode；
• 2.find_entry ：从根目录中读取给定路径名my的目录；
• 3.获取该目录my的索引节点 ；
• 4.iget(idev, inr)函数：再读取目录my的下一层inode, inr是目录my的inode下标；

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【2】目录解析-从根目录开始-iget()

iget(dev, inr) 函数的作用是 读取当前 inode 的下一层 inode ；

 【图解】
1）setup()： 挂载硬盘；
2）mount_root() ：挂载根目录； mount_root函数调用了 iget() 函数具体挂载根目录； 

4）iget() 函数读取根目录的代码实现

 【图解】
1）get_super() 获取超级块；  
2）引导块+超级块占用2个块号；

block =  2 + sb->s_imap_block + sb->s_zmap_blocks + 
(inode->i_num-1)/INODES_PER_BLOCK;

• s_imap_block  表示i节点位图 ；
• S_zmap_block 表示 盘块位图；
• inode->i_num 表示 要操作的目录inode的编号； 如 my的inode下标是13；即i_num是13；

所以相加结果 block 表示的是 查找目录的盘块号（这里没太懂） ；
3）bread(inode->i_dev, block) ：

• 把block送入 bread函数从磁盘读取该盘块号的数据；

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【3】 find_entry(...) 找到目录项

1）Find_entry()的作用是：

• 查找目录项列表，以找到 给定目录my的编号103；my的目录项形如 <my, 103> ；
• 编号103是FCB（inode）数组的下标；  

 【图解】
1）找到直接索引块，并读入到内存 ；

int block = (*dir)->i_zone[0] ;  // 查找直接索引块的盘块号
*bh = bread((*dir)->i_dev,block);  // 去磁盘读取该盘块内容

2）从内存缓冲区中把 b_data 取出来 （b_data存储了子目录项列表）

struct dir_entry *de = bh->b_data ;
While(i<entries) 
 // 遍历子目录项列表查看是否匹配给定路径的目录名
If (match( namelen, name, de ))    
*res_dir = de;
return bh ;

de++; i++;

• 一旦匹配完成，则目标目录项就找到了；
• 目标目录项有了之后，就可以找到对应的inode下标如13；
• inode下标一旦找到，送入 iget(..) 把inode读出来；
• 根据要操作者的字符位置和 inode中的盘块索引可以计算出 盘块号；
• 把盘块号送入 请求队列 ，磁盘驱动程序把盘块号计算出CHS；
• 把CHS送入磁盘控制器进行磁盘读写；

 【图解】

• block = bmap(*dir, i/DIR_ENTRIES_PER_BLOCK)  
• 循环获取盘块号，或者在一阶间接索引，或者在二阶间接索引；  

【小结】目录解析步骤（代码层面）

• 步骤1： 调用 iget( dev, nr ) 查询给定下标为nr的inode；
• 步骤2： iget()函数 首先把超级块读入到内存；
• 步骤3： 把超级块中的 s_imap_blocks 与 s_imap_blocks 相加，再加2，再加 nr 可以得到nr对应的inode的位置；如果nr等于1，则该inode就是根目录inode；
• 步骤4：把根目录inode读入到内存放入进程的PCB；
• 步骤5：在进程创建（fork）时，所有进程互相拷贝；这个根目录 inode 在每个进程的PCB都有了；
• 步骤6：在目录解析时，如果是根目录 ”/” ，则解析根目录inode得到数据块，数据块存储了子目录项列表，形如 <my, 103> <var, 203> ；
• 步骤7：如路径是 /my/data/a  ； 则通过 子目录项列表查找名称为my的inode下标为 103；
• 步骤8：根据下标103到inode数组读取目录my的inode，根据字符位置和inode从而可以计算出盘块号  ；
• 步骤9： 读取盘块号的内容，包括了PCB（inode）数组， 和数据块（存储了下一层子目录项列表）；
• 步骤10：依次类推，可以把 data目录的 inode 读取出来，进而把文件a 的盘块号找到并读入到内存；

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【4】操作系统全图

2个视图：

• 多进程视图（最重要）；
• 文件视图；