xv6——文件系统：文件的申请释放与读写操作

作者：殷某人
更新时间：2022/07/10

数据结构

文件的内存中的定义

xv6中，文件是一个广义的概念， 它即可以是磁盘文件，也可以是管道。 数据结构定义如下：

struct file {
  enum { FD_NONE, FD_PIPE, FD_INODE } type;
  int ref; // reference count
  char readable;
  char writable;
  struct pipe *pipe;  
  struct inode *ip;
  uint off;
};

文件全局表

操作系统，最多可以同步打开的文件数据由fTable的规格决定的，当前xv6的数目为NFILE = 100;

struct {
  struct spinlock lock;
  struct file file[NFILE];
} ftable;

函数操作

文件全局表的初始化

• 唯一操作，就是初始化锁。

void
fileinit(void)
{
  initlock(&ftable.lock, "ftable");
}

从文件全局表中申请一个文件对象

• 当一个文件对象的引用次数为空时，认为是空闲状态。

struct file*
filealloc(void)
{
  struct file *f;

  acquire(&ftable.lock);
  for(f = ftable.file; f < ftable.file + NFILE; f++){
    if(f->ref == 0){
      f->ref = 1;
      release(&ftable.lock);
      return f;
    }
  }
  release(&ftable.lock);
  return 0;
}

增加文件对象的引用次数

struct file*
filedup(struct file *f)
{
  acquire(&ftable.lock);
  if(f->ref < 1)
    panic("filedup");
  f->ref++;
  release(&ftable.lock);
  return f;
}

关闭一个文件对象

• 对文件对象的引用次数减一操作。
• 当没有进程引用该文件对象时，把文件对象还给文件全局表，并且释放文件对象绑定的pipe或者inode.

void
fileclose(struct file *f)
{
  struct file ff;

  acquire(&ftable.lock);
  if(f->ref < 1)
    panic("fileclose");
  if(--f->ref > 0){
    release(&ftable.lock);
    return;
  }
  ff = *f;
  f->ref = 0;
  f->type = FD_NONE;
  release(&ftable.lock);

  if(ff.type == FD_PIPE)
    pipeclose(ff.pipe, ff.writable);
  else if(ff.type == FD_INODE){
    begin_op();
    iput(ff.ip);
    end_op();
  }
}

读取文件对象的状态

• 只对文件类型为inode的对象有效，对管道无效。

int
filestat(struct file *f, struct stat *st)
{
  if(f->type == FD_INODE){
    ilock(f->ip);
    stati(f->ip, st);
    iunlock(f->ip);
    return 0;
  }
  return -1;
}

读文件

• 如果文件是管道，通过管道读函数完成工作。
• 如果是inode, 调用 readi 函数完成工作。

int
fileread(struct file *f, char *addr, int n)
{
  int r;

  if(f->readable == 0)
    return -1;
  if(f->type == FD_PIPE)
    return piperead(f->pipe, addr, n);
  if(f->type == FD_INODE){
    ilock(f->ip);
    if((r = readi(f->ip, addr, f->off, n)) > 0)
      f->off += r;
    iunlock(f->ip);
    return r;
  }
  panic("fileread");
}

写文件

• 代码实现中，对于写inode操作时，每一次写时， 有一个最大值。原因是： xv6的写磁盘操作是有log 日志机制的（用于crash时数据恢复）， log区的大小是有限的！

int
filewrite(struct file *f, char *addr, int n)
{
  int r;

  if(f->writable == 0)
    return -1;
  if(f->type == FD_PIPE)
    return pipewrite(f->pipe, addr, n);
  if(f->type == FD_INODE){
    // write a few blocks at a time to avoid exceeding
    // the maximum log transaction size, including
    // i-node, indirect block, allocation blocks,
    // and 2 blocks of slop for non-aligned writes.
    // this really belongs lower down, since writei()
    // might be writing a device like the console.
    int max = ((MAXOPBLOCKS-1-1-2) / 2) * 512;
    int i = 0;
    while(i < n){
      int n1 = n - i;
      if(n1 > max)
        n1 = max;

      begin_op();
      ilock(f->ip);
      if ((r = writei(f->ip, addr + i, f->off, n1)) > 0)
        f->off += r;
      iunlock(f->ip);
      end_op();

      if(r < 0)
        break;
      if(r != n1)
        panic("short filewrite");
      i += r;
    }
    return i == n ? n : -1;
  }
  panic("filewrite");
}