文件系统的构建

xv6文件系统的构建

我们再次回到如何通过qemu启动xv6操作系统的问题，qemu的命令是：

qemu-system-riscv64 -machine virt -bios none -kernel kernel/kernel -m 128M -smp 3 -nographic -drive file=fs.img,if=none,format=raw,id=x0 -device virtio-blk-device,drive=x0,bus=virtio-mmio-bus.0

我们看到有这个选项-drive file=fs.img,if=none,format=raw,id=x0
这条命令指定镜像文件为 fs.img。这个文件包含了虚拟机将要访问的文件系统的内容。
指定虚拟磁盘驱动器的镜像文件格式为 raw。这表示 fs.img 文件中的数据将按原始字节顺序存储，而不会进行额外的格式化。

那么引出问题：
这个fs.img是怎么来的，他需不需要进行一些基本的设置来满足xv6对文件系统的要求，fs.img中一定有一些硬编码的内容，不然，我们刚开始启动xv6的时候输入ls，怎么会有那么多的文件？

Makefle

我们尝试从Makefile中找到答案,Makefile中有这一行：

fs.img: mkfs/mkfs README $(UEXTRA) $(UPROGS)
	mkfs/mkfs fs.img README $(UEXTRA) $(UPROGS)

mkfs是一个C程序，并不在xv6中运行。我们发现，README、$(UEXTRA)、$(UPROGS)都是我们在ls得到的文件。那么我们去mkfs/mkfs.c文件中一探究竟吧！

mkfs/mkfs.c

首先来看一下fs.img中block的布局，mkfs.c主要就是构建这个布局。

第一部分，构建superblock。wsect(uint sec, void *buf)是往fs.img第sec个扇区写入内容，这个函数很简单，lseek函数就可以解决。

superblock位于扇区1,它保存文件系统最基本的一些信息，例如扇区的总数，data blocks的数量,inode扇区的数量，log山区的数量等

fsfd = open(argv[1], O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0666);
if(fsfd < 0)
  die(argv[1]);

// 1 fs block = 1 disk sector
nmeta = 2 + nlog + ninodeblocks + nbitmap;
nblocks = FSSIZE - nmeta;

sb.magic = FSMAGIC;
sb.size = xint(FSSIZE);
sb.nblocks = xint(nblocks);
sb.ninodes = xint(NINODES);
sb.nlog = xint(nlog);
sb.logstart = xint(2);
sb.inodestart = xint(2+nlog);
sb.bmapstart = xint(2+nlog+ninodeblocks);

printf("nmeta %d (boot, super, log blocks %u inode blocks %u, bitmap blocks %u) blocks %d total %d\n",
       nmeta, nlog, ninodeblocks, nbitmap, nblocks, FSSIZE);

freeblock = nmeta;     // the first free block that we can allocate

for(i = 0; i < FSSIZE; i++)
  wsect(i, zeroes);

memset(buf, 0, sizeof(buf));
memmove(buf, &sb, sizeof(sb));
wsect(1, buf);

构建好基本结构后，就是往文件系统中写入内容了。
首先要创建一个根目录文件，然后在根目录里面写入两个目录，一个是.一个是..。

实现也比较简单，就是在inode block中写入一个新的dinode结构体。（ialloc函数）
再用iappend函数写入一个个dirent结构体表示新的文件。

rootino = ialloc(T_DIR);
assert(rootino == ROOTINO);

bzero(&de, sizeof(de));
de.inum = xshort(rootino);
strcpy(de.name, ".");
iappend(rootino, &de, sizeof(de));

bzero(&de, sizeof(de));
de.inum = xshort(rootino);
strcpy(de.name, "..");
iappend(rootino, &de, sizeof(de));

for(i = 2; i < argc; i++){
  // get rid of "user/"
  char *shortname;
  if(strncmp(argv[i], "user/", 5) == 0)
    shortname = argv[i] + 5;
  else
    shortname = argv[i];
  
  assert(index(shortname, '/') == 0);

  if((fd = open(argv[i], 0)) < 0)
    die(argv[i]);

  // Skip leading _ in name when writing to file system.
  // The binaries are named _rm, _cat, etc. to keep the
  // build operating system from trying to execute them
  // in place of system binaries like rm and cat.
  if(shortname[0] == '_')
    shortname += 1;

  inum = ialloc(T_FILE);

  bzero(&de, sizeof(de));
  de.inum = xshort(inum);
  strncpy(de.name, shortname, DIRSIZ);
  iappend(rootino, &de, sizeof(de));

  while((cc = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0)
    iappend(inum, buf, cc);

  close(fd);
}

这一步过后，一个well defined，完全按照手册定义的xv6文件系统就诞生了！