课前准备

1. 阅读文档第六章: 文件系统.log相关的内容可以跳过.
2. 阅读xv6源码中, bio.c, fs.c, sysfile.c以及file.c.

xv6 文件系统分层

+-------------------+
|  File Descriptor  |
+-------------------+
|  Pathname         |
+-------------------+
|  Directory        |
+-------------------+
|  Inode            |
+-------------------+
|  Logging          |
+-------------------+
|  Buffer cache     |
+-------------------+
|  Disk             |
+-------------------+

1. ide.c

   Disk layer

2. bio.c

   buffer cache layer bread() bwrite() brelse()

3. fs.c

   inode layer inode cache directory layer

4. sysfile.c

   用户进程操作文件系统 调用接口

5. file.c

   file descriptor layer

xv6磁盘结构

+----|-----|---|------|-------|----|----|----+
|    |     |   |      |       |    |    |    |
|boot|super|log|inodes|bit map|data|....|data|
|    |     |   |      |       |    |    |    |
+----|-----|---|------|-------|----|----|----+

xv6 on-disk node结构

   dinode

+---------+
|type     |
+---------+
|major    |             +-----+
+---------+             |data |
|minor    |             ++----+
+---------+              ^
|nlink    |              |           +-----+
+---------+              |           |data |
|size     |              |           +-|---+
+---------+              |             ^
|address 1+--------------+             |
+---------+                            |
|...      |                            |           +-------+
+---------+                            |           | data  |
|address 2+----------------------------+           +---|---+
+---------+                                            ^         +-----+
|indirect +----------------------+                     |         |data |
+---------+                      |                     |         +--|--+
                                 |                     |            ^
                                 v                     |            |
                             +---|-------+             |            |
                             |address 1  +-------------+            |
                             +-----------+                          |
                             |....       |                          |
                             +-----------+                          |
                             |address 128+--------------------------+
                             +-----------+

                           indirect block

文件系统

目的

1. 组织和存储数据
2. 在用户和进程间共享数据.
3. 持久化存储

挑战

1. 在磁盘上,持久存储文件树结构
2. 记录每个文件所使用的磁盘block
3. 记录磁盘上空闲的区域
4. 文件系统必须支持crash recovery.
5. 不同进程同时操作文件系统的并发问题
6. IDE读取速度远慢于内存,因此必须缓存常用的block.

关键词

1. 持久化 persistence
2. 崩溃恢复 crash recovery
3. 事务处理 transaction
4. vfs模型 inode