26.文件使用磁盘的代码实现

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；

2.文件内容复习：

• 1）如何从生磁盘抽象为文件？
  • 核心是从字符流位置算出盘块号；
• 2）如何算出盘块号？
  • 用到顺序结构，或链式结构，或索引结构提供的字符流到盘块号的映射表。

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【1】再一次使用磁盘，通过文件使用

 1） fs/read_write.c 文件读写代码

// 在 fs/read_write.c 中 
// fd : 文件描述符 
// buf: 内存缓冲区
// count: 读写字符个数  
int sys_write(int fd, const char* buf, int count) 

	struct file *file = current->file[fd]; 
	struct m_inode *inode = file->inode; 
	if (S_ISREG(inode->i_mode)) 
		return file_write(inode, file, buf, count); // file_write 写文件

【代码说明】

• Write 到了内核级代码就是系统调用  sys_write ；
• Sys_write 代码没有使用盘块号，但会通过参数计算出盘块号；
• 实际对文件的使用，对磁盘读写，就是去处理字符流中的一段；

【图解】读写磁盘细节（代码层面）

• 步骤1：获取文件的inode，i 指的是索引，node指的是 FCB（文件控制块）；其中FCB 存储了索引盘块号（即 字符流到盘块号的映射关系）；
• 步骤2：根据要操作的字符位置和索引（映射关系）计算出字符流对应的盘块号进行读写；代码表现为 file_write(inode, file, buf, count) ，其中inode是index+fcb（索引+索引块），file存储了文件字符流位置范围（如200~212），buf内存缓冲区地址，count字符个数；  

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【1.1】file_write 整个工作过程

1）file_write(inode, file, buf, count) 文件写函数

• inode： inode存储了索引盘块号（字符范围与盘块号的映射关系）；
• file： 字符起始位置 200；
• buf： 内存缓冲区；
• count： 字符个数12；

通过 file 和 count 就可以计算出字符范围 200~212 ；

2）磁盘读写整个过程如下（用户程序到磁盘驱动，到磁盘控制器）：

• 步骤1： 用户应用程序调用 file_write 函数写磁盘，传入 inode，file，buf，count 参数；
• 步骤2： file中的字符起始位置200，count为12，则可以表示字符范围 200~212；
• 步骤3： 通过索引盘块号读入索引（字符范围与盘块号的映射关系），根据字符起始位置查找索引可以找到盘块号789；
• 步骤4： 把盘块号789添加到请求队列，由驱动程序中的中断处理程序调用电梯算法选择盘块号，并把盘块号解析出 CHS（柱面号，磁头号，扇区偏移）送入磁盘控制器；
• 步骤5：磁盘控制器根据CHS对具体扇区进行磁盘读写；

3）file_write 的 代码实现

 【图解】file_write写文件详细步骤

• 1）步骤1：找到要操作的文件字符位置 pos；
• 2）步骤2：调用 create_block() 根据位置pos查找索引（inode存储了索引）得到盘块号block；
• 3）步骤3： bread(...) 把盘块号添加到请求队列，当前线程睡眠（当磁盘读写完成，由中断处理程序唤醒当前线程）；
• 4）步骤4： 添加到请求队列后，在循环体中从磁盘读字符（每次读一个字符）；

4）Create_block() 算出盘块号的代码实现

5）设备文件的inode

 【图解】

• i_mode 指向字符文件；
• i_zone 指向文件内容数据块；
• MAJOR ： 主设备号；
• MINOR  : 次设备号；

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【2】伟大的文件视图

【2.1】操作文件

 【图解】操作磁盘步骤

• 步骤1：打开文件； fd = open(“test.c”) ; // 获取文件描述符 ；
• 步骤2：读取文件； write(fd) ; fd 存在于 文件列表；
• 步骤3：通过文件列表找到 fd 对应的inode； （以上3个步骤讲的是 通过文件名或文件路径获得inode）
• 步骤4：通过inode找到盘块号；
• 步骤5：把盘块号送入请求队列；
• 步骤6：驱动程序从队列取出盘块号，计算出CHS参数并发出 out 指令把参数送入磁盘控制器；
• 步骤7：磁盘控制器驱动马达读写磁盘扇区，电生磁磁生电；

【2.2】操作显示器等其他外设

• 其调用路径也与操作磁盘路径类似；
• 只不过inode指向的是显示器，而不是文件盘块号；操作函数是 tty_write 而不是file_write ;