NJUOS-29-XV6 文件系统实现

复习

• 文件系统：bread/bwrite 上的数据结构
  • balloc/bfree
  • 文件：FAT (链表)/UNIX 文件系统 (索引)
  • 目录文件
• 持久数据的可靠性
  • RAID 和日志

本次课回答的问题

• Q: 到底能不能看一看文件系统实现的代码？

本次课主要内容

• Xv6 文件系统实现

文件系统：复习

“磁盘上的数据结构”

支持的操作

• 目录 (索引)

  • “图书馆” - mkdir, rmdir, link, unlink, open, …

• 文件 (虚拟磁盘)

  • “图书” - read, write, mmap, …

• 文件描述符 (偏移量)

  • “书签” - lseek

• 实现的方法

  • block I/O → block 管理 → 文件 → 目录文件

  • FAT: 文件信息 “分别” 保存在链表和目录项中

  • UNIX 文件系统：集中存储文件对象

RTFSC

(讨论：假设你第一次阅读这部分代码，应该怎么做？)

mkfs: 创建文件系统 (格式化)

// Disk layout:
// [ boot block | sb block | log | inode blocks
//              | free bit map | data blocks ]

• 可以知道每一部分的含义

  • boot block - 启动加载器

  • sb block (super block) - 文件系统元数据

  • log - 日志 (崩溃恢复)

  • inode blocks

  • free bitmap - balloc/bfree

  • data blocks

    • RTFSC!

mkfs: 创建文件系统 (cont’d)

• “只管分配、不管回收” (类似于极限速通)

  • rsect/wsect (bread/bwrite)

  • balloc/bzero

  • ialloc

  • iappend

  • rinode/winode

• RTFSC 的正确方式

  • “读代码不如读执行”: trace.py

  • gdb -ex 'source mkfs/trace.py' mkfs/mkfs

调试代码

调试系统调用

• 有很多选择

  • open - 路径解析、创建文件描述符

  • read/write - 文件描述符和数据操作

  • link - 文件元数据操作

  • …

• 应该选哪一个？

  • 取决于你对代码的熟悉程度和信心

    • 有信心可以选复杂一些的
    • 没有信心可以选简单一些的

  • 但如果有了刚才的铺垫，应该都有信心！

崩溃恢复

能否让我们调试崩溃恢复的代码？

“Get out of your comfort zone.”

• 懒惰是我们的本性

  • “调试这部分代码有点小麻烦”

  • “反正考试也不考，算了吧”

    • 一定要相信是可以优雅地做到的

• 课程作业的意义

  • 逼迫大家克服懒惰

    • 好作业的设计必须是 “不吃苦做不出来”

  • 获得激励和 “self motivation”

故障注入 (Fault Injection)

• Crash = “断电”

void crash() {
  static int count = 100;
  if (--count < 0) {
    printf("crash\n");
    *((int *)0x100000) = 0x5555;
  }
}

• (“sifive finisher”)

• xv6 是相对比较 deterministic 的

  • 枚举可能的 count
    • 我们就得到了一个 “测试框架”！
    • 我们用类似的 trick 模拟应用程序写入数据后的系统崩溃

总结

• 本次课回答的问题

  • Q: 到底怎么实现一个真正的文件系统？
    • Xv6 文件系统：mkfs; 系统调用实现和日志

• Takeaway messages

  • 调试代码的建议
    • 先了解一下你要调试的对象
    • 然后从 trace 开始
    • 不要惧怕调试任何一部分

References

1. slides
2. vedio