✨ 086 文件系统 inode

docs/11 文件系统/083 文件系统简介.md

@@ -26,6 +26,8 @@ typedef struct inode_desc_t
 } inode_desc_t;
 ```
 
+**勘误：**：文件系统块索引数量应该是 512 个，而不是 64 个
+
 ![](./images/inode.drawio.svg)
 
 ## 超级块

docs/11 文件系统/086 文件系统 inode.md

@@ -0,0 +1,12 @@
+# 文件系统 inode
+
+主要完成以下几个函数：
+
+```c++
+inode_t *iget(dev_t dev, idx_t nr); // 获得设备 dev 的 nr inode
+void iput(inode_t *inode);          // 释放 inode
+
+// 获取 inode 第 block 块的索引值
+// 如果不存在 且 create 为 true，则创建
+idx_t bmap(inode_t *inode, idx_t block, bool create);
+```

src/fs/bmap.c

@@ -128,3 +128,77 @@ void ifree(dev_t dev, idx_t idx)
     }
     bwrite(buf); // todo 调试期间强同步
 }
+
+// 获取 inode 第 block 块的索引值
+// 如果不存在 且 create 为 true，则创建
+idx_t bmap(inode_t *inode, idx_t block, bool create)
+{
+    // 确保 block 合法
+    assert(block >= 0 && block < TOTAL_BLOCK);
+
+    // 数组索引
+    u16 index = block;
+
+    // 数组
+    u16 *array = inode->desc->zone;
+
+    // 缓冲区
+    buffer_t *buf = inode->buf;
+
+    // 用于下面的 brelse，传入参数 inode 的 buf 不应该释放
+    buf->count += 1;
+
+    // 当前处理级别
+    int level = 0;
+
+    // 当前子级别块数量
+    int divider = 1;
+
+    // 直接块
+    if (block < DIRECT_BLOCK)
+    {
+        goto reckon;
+    }
+
+    block -= DIRECT_BLOCK;
+
+    if (block < INDIRECT1_BLOCK)
+    {
+        index = DIRECT_BLOCK;
+        level = 1;
+        divider = 1;
+        goto reckon;
+    }
+
+    block -= INDIRECT1_BLOCK;
+    assert(block < INDIRECT2_BLOCK);
+    index = DIRECT_BLOCK + 1;
+    level = 2;
+    divider = BLOCK_INDEXES;
+
+reckon:
+    for (; level >= 0; level--)
+    {
+        // 如果不存在 且 create 则申请一块文件块
+        if (!array[index] && create)
+        {
+            array[index] = balloc(inode->dev);
+            buf->dirty = true;
+        }
+
+        brelse(buf);
+
+        // 如果 level == 0 或者 索引不存在，直接返回
+        if (level == 0 || !array[index])
+        {
+            return array[index];
+        }
+
+        // level 不为 0，处理下一级索引
+        buf = bread(inode->dev, array[index]);
+        index = block / divider;
+        block = block % divider;
+        divider /= BLOCK_INDEXES;
+        array = (u16 *)buf->data;
+    }
+}

src/fs/inode.c

@@ -0,0 +1,138 @@
+#include <onix/fs.h>
+#include <onix/syscall.h>
+#include <onix/assert.h>
+#include <onix/debug.h>
+#include <onix/buffer.h>
+#include <onix/arena.h>
+#include <onix/string.h>
+#include <onix/stdlib.h>
+
+#define LOGK(fmt, args...) DEBUGK(fmt, ##args)
+
+#define INODE_NR 64
+
+static inode_t inode_table[INODE_NR];
+
+// 申请一个 inode
+static inode_t *get_free_inode()
+{
+    for (size_t i = 0; i < INODE_NR; i++)
+    {
+        inode_t *inode = &inode_table[i];
+        if (inode->dev == EOF)
+        {
+            return inode;
+        }
+    }
+    panic("no more inode!!!");
+}
+
+// 释放一个 inode
+static void put_free_inode(inode_t *inode)
+{
+    assert(inode != inode_table);
+    assert(inode->count == 0);
+    inode->dev = EOF;
+}
+
+// 获取根 inode
+inode_t *get_root_inode()
+{
+    return inode_table;
+}
+
+// 计算 inode nr 对应的块号
+static inline idx_t inode_block(super_block_t *sb, idx_t nr)
+{
+    // inode 编号 从 1 开始
+    return 2 + sb->desc->imap_blocks + sb->desc->zmap_blocks + (nr - 1) / BLOCK_INODES;
+}
+
+// 从已有 inode 中查找编号为 nr 的 inode
+static inode_t *find_inode(dev_t dev, idx_t nr)
+{
+    super_block_t *sb = get_super(dev);
+    assert(sb);
+    list_t *list = &sb->inode_list;
+
+    for (list_node_t *node = list->head.next; node != &list->tail; node = node->next)
+    {
+        inode_t *inode = element_entry(inode_t, node, node);
+        if (inode->nr == nr)
+        {
+            return inode;
+        }
+    }
+    return NULL;
+}
+
+// 获得设备 dev 的 nr inode
+inode_t *iget(dev_t dev, idx_t nr)
+{
+    inode_t *inode = find_inode(dev, nr);
+    if (inode)
+    {
+        inode->count++;
+        inode->atime = time();
+
+        return inode;
+    }
+
+    super_block_t *sb = get_super(dev);
+    assert(sb);
+
+    assert(nr <= sb->desc->inodes);
+
+    inode = get_free_inode();
+    inode->dev = dev;
+    inode->nr = nr;
+    inode->count = 1;
+
+    // 加入超级块 inode 链表
+    list_push(&sb->inode_list, &inode->node);
+
+    idx_t block = inode_block(sb, inode->nr);
+    buffer_t *buf = bread(inode->dev, block);
+
+    inode->buf = buf;
+
+    // 将缓冲视为一个 inode 描述符数组，获取对应的指针；
+    inode->desc = &((inode_desc_t *)buf->data)[(inode->nr - 1) % BLOCK_INODES];
+
+    inode->ctime = inode->desc->mtime;
+    inode->atime = time();
+
+    return inode;
+}
+
+// 释放 inode
+void iput(inode_t *inode)
+{
+    if (!inode)
+        return;
+
+    inode->count--;
+
+    if (inode->count)
+    {
+        return;
+    }
+
+    // 释放 inode 对应的缓冲
+    brelse(inode->buf);
+
+    // 从超级块链表中移除
+    list_remove(&inode->node);
+
+    // 释放 inode 内存
+    put_free_inode(inode);
+}
+
+void inode_init()
+{
+    for (size_t i = 0; i < INODE_NR; i++)
+    {
+        inode_t *inode = &inode_table[i];
+        inode->dev = EOF;
+    }
+}

src/fs/super.c

@@ -102,15 +102,23 @@ static void mount_root()
     // 读根文件系统超级块
     root = read_super(device->dev);
 
-    device = device_find(DEV_IDE_PART, 1);
-    assert(device);
-    super_block_t *sb = read_super(device->dev);
+    // 初始化根目录 inode
+    root->iroot = iget(device->dev, 1);  // 获得根目录 inode
+    root->imount = iget(device->dev, 1); // 根目录挂载 inode
+
+    idx_t idx = 0;
+    inode_t *inode = iget(device->dev, 1);
+
+    // 直接块
+    idx = bmap(inode, 3, true);
+
+    // 一级间接块
+    idx = bmap(inode, 7 + 7, true);
 
-    idx_t idx = ialloc(sb->dev);
-    ifree(sb->dev, idx);
+    // 二级间接块
+    idx = bmap(inode, 7 + 512 * 3 + 510, true);
 
-    idx = balloc(sb->dev);
-    bfree(sb->dev, idx);
+    iput(inode);
 }
 
 void super_init()

src/include/onix/fs.h

@@ -13,7 +13,15 @@
 #define IMAP_NR 8 // inode 位图块，最大值
 #define ZMAP_NR 8 // 块位图块，最大值
 
-#define BLOCK_BITS (BLOCK_SIZE * 8) // 块位图大小
+#define BLOCK_BITS (BLOCK_SIZE * 8)                      // 块位图大小
+#define BLOCK_INODES (BLOCK_SIZE / sizeof(inode_desc_t)) // 块 inode 数量
+#define BLOCK_DENTRIES (BLOCK_SIZE / sizeof(dentry_t))   // 块 dentry 数量
+#define BLOCK_INDEXES (BLOCK_SIZE / sizeof(u16))         // 块索引数量
+
+#define DIRECT_BLOCK (7)                                               // 直接块数量
+#define INDIRECT1_BLOCK BLOCK_INDEXES                                  // 一级间接块数量
+#define INDIRECT2_BLOCK (INDIRECT1_BLOCK * INDIRECT1_BLOCK)            // 二级间接块数量
+#define TOTAL_BLOCK (DIRECT_BLOCK + INDIRECT1_BLOCK + INDIRECT2_BLOCK) // 全部块数量
 
 typedef struct inode_desc_t
 {
@@ -78,4 +86,12 @@ void bfree(dev_t dev, idx_t idx); // 释放一个文件块
 idx_t ialloc(dev_t dev);          // 分配一个文件系统 inode
 void ifree(dev_t dev, idx_t idx); // 释放一个文件系统 inode
 
+// 获取 inode 第 block 块的索引值
+// 如果不存在 且 create 为 true，则创建
+idx_t bmap(inode_t *inode, idx_t block, bool create);
+
+inode_t *get_root_inode();          // 获取根目录 inode
+inode_t *iget(dev_t dev, idx_t nr); // 获得设备 dev 的 nr inode
+void iput(inode_t *inode);          // 释放 inode
+
 #endif

src/include/onix/task.h

@@ -39,6 +39,8 @@ typedef struct task_t
     u32 brk;                  // 进程堆内存最高地址
     int status;               // 进程特殊状态
     pid_t waitpid;            // 进程等待的 pid
+    struct inode_t *ipwd;     // 进程当前目录 inode program work directory
+    struct inode_t *iroot;    // 进程根目录 inode
     u32 magic;                // 内核魔数，用于检测栈溢出
 } task_t;
 

src/kernel/buffer.c

@@ -133,7 +133,10 @@ buffer_t *getblk(dev_t dev, idx_t block)
 {
     buffer_t *bf = get_from_hash_table(dev, block);
     if (bf)
+    {
+        assert(bf->valid);
         return bf;
+    }
 
     bf = get_free_buffer();
     assert(bf->count == 0);

src/kernel/main.c

@@ -18,6 +18,7 @@ extern void syscall_init();
 extern void tss_init();
 extern void buffer_init();
 extern void super_init();
+extern void inode_init();
 extern void hang();
 
 void kernel_init()
@@ -34,11 +35,11 @@ void kernel_init()
     // rtc_init();
     ide_init();
 
-    buffer_init();
-
-    task_init();
     syscall_init();
+    task_init();
 
+    buffer_init();
+    inode_init();
     super_init();
 
     set_interrupt_state(true);

src/kernel/task.c

@@ -10,6 +10,7 @@
 #include <onix/list.h>
 #include <onix/global.h>
 #include <onix/arena.h>
+#include <onix/fs.h>
 
 #define LOGK(fmt, args...) DEBUGK(fmt, ##args)
 
@@ -251,6 +252,9 @@ static task_t *task_create(target_t target, const char *name, u32 priority, u32
     task->vmap = &kernel_map;
     task->pde = KERNEL_PAGE_DIR; // page directory entry
     task->brk = KERNEL_MEMORY_SIZE;
+    task->iroot = get_root_inode();
+    task->ipwd = get_root_inode();
+
     task->magic = ONIX_MAGIC;
 
     return task;

src/makefile

@@ -61,6 +61,7 @@ $(BUILD)/kernel.bin: \
 	$(BUILD)/kernel/buffer.o \
 	$(BUILD)/fs/super.o \
 	$(BUILD)/fs/bmap.o \
+	$(BUILD)/fs/inode.o \
 	$(BUILD)/lib/bitmap.o \
 	$(BUILD)/lib/list.o \
 	$(BUILD)/lib/fifo.o \