chapter7练习¶

本节难度： 理解文件系统比较费事，编程难度适中

本章任务¶

ch7b_usertest ch7_mergetest
merge ch6 的改动，然后再次测试 ch6_usertest 和 ch7b_usertest。
完成本章问答作业。
完成本章编程作业。
最终，完成实验报告并 push 你的 ch7 分支到远程仓库。

编程作业¶

硬链接¶

你的电脑桌面是咋样的？是放满了图标吗？反正我的 windows 是这样的。显然很少人会真的把可执行文件放到桌面上，桌面图标其实都是一些快捷方式。或者用 unix 的术语来说：软链接。为了减少工作量，我们今天来实现软链接的兄弟：硬链接。

硬链接要求两个不同的目录项指向同一个文件，在我们的文件系统中也就是两个不同名称目录项指向同一个磁盘块。本节要求实现三个系统调用 sys_linkat、sys_unlinkat、sys_stat 。注意在测例中 sys_open 的接口定义也发生了变化。

open

syscall ID: 56

功能：打开一个文件，并返回可以访问它的文件描述符。

接口： int open(int dirfd, char* path, unsigned int flags, unsigned int mode);
参数：
dirfd : 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 AT_FDCWD (-100)。可以忽略。

path 描述要打开的文件的文件名（简单起见，文件系统不需要支持目录，所有的文件都放在根目录 / 下）
flags 描述打开文件的标志，具体含义（其他参数不考虑）：
#define O_RDONLY  0x000
#define O_WRONLY  0x001
#define O_RDWR    0x002         // 可读可写
#define O_CREATE  0x200
mode 仅在创建文件时有用，表示创建文件的访问权限，为了简单，本次实验中中统一为 O_RDWR 。
说明：

有 create 标志但文件存在时，忽略 create 标志，直接打开文件。

返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回可以访问给定文件的文件描述符。

可能的错误：

文件不存在且无 create 标志。

标志非法（低两位为 0x3）

打开文件数量达到上限。

linkat：

syscall ID: 37

功能：创建一个文件的一个硬链接， linkat标准接口。

接口： int linkat(int olddirfd, char* oldpath, int newdirfd, char* newpath, unsigned int flags)

参数：

olddirfd，newdirfd: 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 AT_FDCWD (-100)，可以忽略。

flags: 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 0，可以忽略。

oldpath：原有文件路径

newpath: 新的链接文件路径。

说明：

为了方便，不考虑新文件路径已经存在的情况（属于未定义行为），除非链接同名文件。

返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回 0。

可能的错误

链接同名文件。

unlinkat:

syscall ID: 35

功能：取消一个文件路径到文件的链接, unlinkat标准接口。

接口： int unlinkat(int dirfd, char* path, unsigned int flags)

参数：

dirfd: 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 AT_FDCWD (-100)，可以忽略。

flags: 仅为了兼容性考虑，本次实验中始终为 0，可以忽略。

path：文件路径。

说明：

为了方便，不考虑使用 unlink 彻底删除文件的情况。

返回值：如果出现了错误则返回 -1，否则返回 0。

可能的错误

文件不存在。

fstat:

syscall ID: 80
功能：获取文件状态。
Ｃ接口： int fstat(int fd, struct Stat* st)
Rust 接口： fn fstat(fd: i32, st: *mut Stat) -> i32

参数：

fd: 文件描述符
st: 文件状态结构体

#[repr(C)]
#[derive(Debug)]
pub struct Stat {
    /// 文件所在磁盘驱动器号
    pub dev: u64,
    /// inode 文件所在 inode 编号
    pub ino: u64,
    /// 文件类型
    pub mode: StatMode,
    /// 硬链接数量，初始为1
    pub nlink: u32,
    /// 无需考虑，为了兼容性设计
    pad: [u64; 7],
}

/// StatMode 定义：
bitflags! {
    pub struct StatMode: u32 {
        const NULL  = 0;
        /// directory
        const DIR   = 0o040000;
        /// ordinary regular file
        const FILE  = 0o100000;
    }
}

正确实现后，你的 os 应该能够正确运行 ch7_file* 对应的测试用例，在 shell 中执行 ch7_usertest 来执行测试。

Tips¶

需要给 inode 和 dinode 都增加 link 的计数，但强烈建议不要改变整个数据结构的大小，事实上，推荐你修改一个 pad。
os 和 nfs 的修改需要同步，只不过 nfs 比较简单，只需要初始化 link 计数为 1 就行（可以通过修改 ``ialloc``来实现）。
理论上讲，unlink 有删除文件的语义，如果 link 计数为 0，需要删除 inode 和对应的数据块，但我们没有设置相关的测试，如果仅仅是想拿到测试分数，可以不实现这一点。
理论上讲，想要测试文件系统的属性需要重启机器，但我们没有这样做。一方面是为了测试的方便，另一方面也留了一条后路。。。。。。。。。

问答作业¶

目前的文件系统只有单级目录，假设想要支持多级文件目录，请描述你设想的实现方式，描述合理即可。
在有了多级目录之后，我们就也可以为一个目录增加硬链接了。在这种情况下，文件树中是否可能出现环路(软硬链接都可以，鼓励多尝试)？你认为应该如何解决？请在你喜欢的系统上实现一个环路，描述你的实现方式以及系统提示、实际测试结果。

报告要求¶

简单总结本次实验与上个实验相比你增加的东西。（控制在5行以内，不要贴代码）
完成问答问题
(optional) 你对本次实验设计及难度的看法。