xref: /DragonOS/kernel/src/filesystem/kernfs/mod.rs (revision 8c6f21840f820a161d4386000aea1d79e3bc8d13)
1 use core::{cmp::min, fmt::Debug, intrinsics::unlikely};
2 
3 use alloc::{
4     string::String,
5     sync::{Arc, Weak},
6     vec::Vec,
7 };
8 use hashbrown::HashMap;
9 use system_error::SystemError;
10 
11 use crate::{
12     driver::base::device::device_number::DeviceNumber,
13     libs::{
14         casting::DowncastArc,
15         rwlock::RwLock,
16         spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
17     },
18     time::TimeSpec,
19 };
20 
21 use self::callback::{KernCallbackData, KernFSCallback, KernInodePrivateData};
22 
23 use super::vfs::{
24     core::generate_inode_id, file::FileMode, syscall::ModeType, FilePrivateData, FileSystem,
25     FileType, FsInfo, IndexNode, InodeId, Metadata,
26 };
27 
28 pub mod callback;
29 
30 #[derive(Debug)]
31 pub struct KernFS {
32     root_inode: Arc<KernFSInode>,
33 }
34 
35 impl FileSystem for KernFS {
36     fn as_any_ref(&self) -> &dyn core::any::Any {
37         self
38     }
39 
40     fn info(&self) -> FsInfo {
41         return FsInfo {
42             blk_dev_id: 0,
43             max_name_len: KernFS::MAX_NAMELEN,
44         };
45     }
46 
47     fn root_inode(&self) -> Arc<dyn IndexNode> {
48         return self.root_inode.clone();
49     }
50 }
51 
52 impl KernFS {
53     pub const MAX_NAMELEN: usize = 4096;
54 
55     #[allow(dead_code)]
56     pub fn new() -> Arc<Self> {
57         let root_inode = Self::create_root_inode();
58         let fs = Arc::new(Self {
59             root_inode: root_inode.clone(),
60         });
61 
62         {
63             let ptr = root_inode.as_ref() as *const KernFSInode as *mut KernFSInode;
64             unsafe {
65                 (*ptr).self_ref = Arc::downgrade(&root_inode);
66             }
67         }
68         root_inode.inner.write().parent = Arc::downgrade(&root_inode);
69         *root_inode.fs.write() = Arc::downgrade(&fs);
70         return fs;
71     }
72 
73     fn create_root_inode() -> Arc<KernFSInode> {
74         let metadata = Metadata {
75             size: 0,
76             mode: ModeType::from_bits_truncate(0o755),
77             uid: 0,
78             gid: 0,
79             blk_size: 0,
80             blocks: 0,
81             atime: TimeSpec::new(0, 0),
82             mtime: TimeSpec::new(0, 0),
83             ctime: TimeSpec::new(0, 0),
84             dev_id: 0,
85             inode_id: generate_inode_id(),
86             file_type: FileType::Dir,
87             nlinks: 1,
88             raw_dev: DeviceNumber::default(),
89         };
90         let root_inode = Arc::new(KernFSInode {
91             name: String::from(""),
92             inner: RwLock::new(InnerKernFSInode {
93                 parent: Weak::new(),
94                 metadata,
95                 symlink_target: None,
96                 symlink_target_absolute_path: None,
97             }),
98             self_ref: Weak::new(),
99             fs: RwLock::new(Weak::new()),
100             private_data: SpinLock::new(None),
101             callback: None,
102             children: SpinLock::new(HashMap::new()),
103             inode_type: KernInodeType::Dir,
104         });
105 
106         return root_inode;
107     }
108 }
109 
110 #[derive(Debug)]
111 pub struct KernFSInode {
112     inner: RwLock<InnerKernFSInode>,
113     /// 指向当前Inode所属的文件系统的弱引用
114     fs: RwLock<Weak<KernFS>>,
115     /// 指向自身的弱引用
116     self_ref: Weak<KernFSInode>,
117     /// 私有数据
118     private_data: SpinLock<Option<KernInodePrivateData>>,
119     /// 回调函数
120     callback: Option<&'static dyn KernFSCallback>,
121     /// 子Inode
122     children: SpinLock<HashMap<String, Arc<KernFSInode>>>,
123     /// Inode类型
124     inode_type: KernInodeType,
125     /// Inode名称
126     name: String,
127 }
128 
129 #[derive(Debug)]
130 pub struct InnerKernFSInode {
131     parent: Weak<KernFSInode>,
132 
133     /// 当前inode的元数据
134     metadata: Metadata,
135     /// 符号链接指向的inode(仅当inode_type为SymLink时有效)
136     symlink_target: Option<Weak<KernFSInode>>,
137     symlink_target_absolute_path: Option<String>,
138 }
139 
140 impl IndexNode for KernFSInode {
141     fn as_any_ref(&self) -> &dyn core::any::Any {
142         self
143     }
144 
145     fn open(&self, _data: &mut FilePrivateData, _mode: &FileMode) -> Result<(), SystemError> {
146         if let Some(callback) = self.callback {
147             let callback_data =
148                 KernCallbackData::new(self.self_ref.upgrade().unwrap(), self.private_data.lock());
149             return callback.open(callback_data);
150         }
151 
152         return Ok(());
153     }
154 
155     fn close(&self, _data: &mut FilePrivateData) -> Result<(), SystemError> {
156         return Ok(());
157     }
158 
159     fn metadata(&self) -> Result<Metadata, SystemError> {
160         return Ok(self.inner.read().metadata.clone());
161     }
162 
163     fn set_metadata(&self, _metadata: &Metadata) -> Result<(), SystemError> {
164         // 若文件系统没有实现此方法,则返回“不支持”
165         return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
166     }
167 
168     fn resize(&self, _len: usize) -> Result<(), SystemError> {
169         return Ok(());
170     }
171 
172     fn create_with_data(
173         &self,
174         _name: &str,
175         _file_type: FileType,
176         _mode: ModeType,
177         _data: usize,
178     ) -> Result<Arc<dyn IndexNode>, SystemError> {
179         // 应当通过kernfs的其它方法来创建文件,而不能从用户态直接调用此方法。
180         return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
181     }
182 
183     fn link(&self, _name: &str, _other: &Arc<dyn IndexNode>) -> Result<(), SystemError> {
184         // 应当通过kernfs的其它方法来操作文件,而不能从用户态直接调用此方法。
185         return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
186     }
187 
188     fn unlink(&self, _name: &str) -> Result<(), SystemError> {
189         // 应当通过kernfs的其它方法来操作文件,而不能从用户态直接调用此方法。
190         return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
191     }
192 
193     fn rmdir(&self, _name: &str) -> Result<(), SystemError> {
194         // 应当通过kernfs的其它方法来操作文件,而不能从用户态直接调用此方法。
195         return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
196     }
197 
198     fn move_to(
199         &self,
200         _old_name: &str,
201         _target: &Arc<dyn IndexNode>,
202         _new_name: &str,
203     ) -> Result<(), SystemError> {
204         // 应当通过kernfs的其它方法来操作文件,而不能从用户态直接调用此方法。
205         return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
206     }
207 
208     fn find(&self, name: &str) -> Result<Arc<dyn IndexNode>, SystemError> {
209         if unlikely(name.len() > KernFS::MAX_NAMELEN) {
210             return Err(SystemError::ENAMETOOLONG);
211         }
212         if unlikely(self.inode_type != KernInodeType::Dir) {
213             return Err(SystemError::ENOTDIR);
214         }
215         match name {
216             "" | "." => {
217                 return Ok(self.self_ref.upgrade().ok_or(SystemError::ENOENT)?);
218             }
219 
220             ".." => {
221                 return Ok(self
222                     .inner
223                     .read()
224                     .parent
225                     .upgrade()
226                     .ok_or(SystemError::ENOENT)?);
227             }
228             name => {
229                 // 在子目录项中查找
230                 return Ok(self
231                     .children
232                     .lock()
233                     .get(name)
234                     .ok_or(SystemError::ENOENT)?
235                     .clone());
236             }
237         }
238     }
239 
240     fn get_entry_name(&self, ino: InodeId) -> Result<String, SystemError> {
241         if self.inode_type != KernInodeType::Dir {
242             return Err(SystemError::ENOTDIR);
243         }
244 
245         let children = self.children.lock();
246         let r = children
247             .iter()
248             .find(|(_, v)| v.metadata().unwrap().inode_id == ino)
249             .map(|(k, _)| k.clone());
250 
251         return r.ok_or(SystemError::ENOENT);
252     }
253 
254     fn get_entry_name_and_metadata(&self, ino: InodeId) -> Result<(String, Metadata), SystemError> {
255         // 如果有条件,请在文件系统中使用高效的方式实现本接口,而不是依赖这个低效率的默认实现。
256         let name = self.get_entry_name(ino)?;
257         let entry = self.find(&name)?;
258         return Ok((name, entry.metadata()?));
259     }
260 
261     fn ioctl(
262         &self,
263         _cmd: u32,
264         _data: usize,
265         _private_data: &FilePrivateData,
266     ) -> Result<usize, SystemError> {
267         // 若文件系统没有实现此方法,则返回“不支持”
268         return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
269     }
270 
271     fn truncate(&self, _len: usize) -> Result<(), SystemError> {
272         // 应当通过kernfs的其它方法来操作文件,而不能从用户态直接调用此方法。
273         return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
274     }
275 
276     fn sync(&self) -> Result<(), SystemError> {
277         return Ok(());
278     }
279 
280     fn fs(&self) -> Arc<dyn FileSystem> {
281         return self.fs.read().upgrade().unwrap();
282     }
283 
284     fn list(&self) -> Result<Vec<String>, SystemError> {
285         let info = self.metadata()?;
286         if info.file_type != FileType::Dir {
287             return Err(SystemError::ENOTDIR);
288         }
289 
290         let mut keys: Vec<String> = Vec::new();
291         keys.push(String::from("."));
292         keys.push(String::from(".."));
293         self.children
294             .lock()
295             .keys()
296             .into_iter()
297             .for_each(|x| keys.push(x.clone()));
298 
299         return Ok(keys);
300     }
301 
302     fn read_at(
303         &self,
304         offset: usize,
305         len: usize,
306         buf: &mut [u8],
307         _data: &mut FilePrivateData,
308     ) -> Result<usize, SystemError> {
309         if self.inode_type == KernInodeType::SymLink {
310             let inner = self.inner.read();
311             if offset >= inner.symlink_target_absolute_path.as_ref().unwrap().len() {
312                 return Ok(0);
313             }
314             let len = min(len, buf.len());
315             let len = min(
316                 len,
317                 inner.symlink_target_absolute_path.as_ref().unwrap().len() - offset,
318             );
319             buf[0..len].copy_from_slice(
320                 &inner
321                     .symlink_target_absolute_path
322                     .as_ref()
323                     .unwrap()
324                     .as_bytes()[offset..offset + len],
325             );
326             return Ok(len);
327         }
328         if self.inode_type != KernInodeType::File {
329             return Err(SystemError::EISDIR);
330         }
331 
332         if self.callback.is_none() {
333             kwarn!("kernfs: callback is none");
334             return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
335         }
336 
337         let callback_data =
338             KernCallbackData::new(self.self_ref.upgrade().unwrap(), self.private_data.lock());
339         return self
340             .callback
341             .as_ref()
342             .unwrap()
343             .read(callback_data, &mut buf[..len], offset);
344     }
345 
346     fn write_at(
347         &self,
348         offset: usize,
349         len: usize,
350         buf: &[u8],
351         _data: &mut FilePrivateData,
352     ) -> Result<usize, SystemError> {
353         if self.inode_type != KernInodeType::File {
354             return Err(SystemError::EISDIR);
355         }
356 
357         if self.callback.is_none() {
358             return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP);
359         }
360 
361         let callback_data =
362             KernCallbackData::new(self.self_ref.upgrade().unwrap(), self.private_data.lock());
363         return self
364             .callback
365             .as_ref()
366             .unwrap()
367             .write(callback_data, &buf[..len], offset);
368     }
369 
370     fn rename(&self, _old_name: &str, _new_name: &str) -> Result<(), SystemError> {
371         // 待实现
372         Err(SystemError::ENOSYS)
373     }
374 }
375 
376 impl KernFSInode {
377     pub fn new(
378         parent: Option<Arc<KernFSInode>>,
379         name: String,
380         mut metadata: Metadata,
381         inode_type: KernInodeType,
382         private_data: Option<KernInodePrivateData>,
383         callback: Option<&'static dyn KernFSCallback>,
384     ) -> Arc<KernFSInode> {
385         metadata.file_type = inode_type.into();
386         let parent: Weak<KernFSInode> = parent.map(|x| Arc::downgrade(&x)).unwrap_or_default();
387 
388         let inode = Arc::new(KernFSInode {
389             name,
390             inner: RwLock::new(InnerKernFSInode {
391                 parent: parent.clone(),
392                 metadata,
393                 symlink_target: None,
394                 symlink_target_absolute_path: None,
395             }),
396             self_ref: Weak::new(),
397             fs: RwLock::new(Weak::new()),
398             private_data: SpinLock::new(private_data),
399             callback,
400             children: SpinLock::new(HashMap::new()),
401             inode_type,
402         });
403 
404         {
405             let ptr = inode.as_ref() as *const KernFSInode as *mut KernFSInode;
406             unsafe {
407                 (*ptr).self_ref = Arc::downgrade(&inode);
408             }
409         }
410         if parent.strong_count() > 0 {
411             let kernfs = parent
412                 .upgrade()
413                 .unwrap()
414                 .fs()
415                 .downcast_arc::<KernFS>()
416                 .expect("KernFSInode::new: parent is not a KernFS instance");
417             *inode.fs.write() = Arc::downgrade(&kernfs);
418         }
419         return inode;
420     }
421 
422     /// 在当前inode下增加子目录
423     ///
424     /// ## 参数
425     ///
426     /// - `name`:子目录名称
427     /// - `mode`:子目录权限
428     /// - `private_data`:子目录私有数据
429     /// - `callback`:子目录回调函数
430     ///
431     /// ## 返回值
432     ///
433     /// - 成功:子目录inode
434     /// - 失败:错误码
435     #[allow(dead_code)]
436     #[inline]
437     pub fn add_dir(
438         &self,
439         name: String,
440         mode: ModeType,
441         private_data: Option<KernInodePrivateData>,
442         callback: Option<&'static dyn KernFSCallback>,
443     ) -> Result<Arc<KernFSInode>, SystemError> {
444         if unlikely(self.inode_type != KernInodeType::Dir) {
445             return Err(SystemError::ENOTDIR);
446         }
447 
448         return self.inner_create(name, KernInodeType::Dir, mode, 0, private_data, callback);
449     }
450 
451     /// 在当前inode下增加文件
452     ///
453     /// ## 参数
454     ///
455     /// - `name`:文件名称
456     /// - `mode`:文件权限
457     /// - `size`:文件大小(如果不指定,则默认为4096)
458     /// - `private_data`:文件私有数据
459     /// - `callback`:文件回调函数
460     ///
461     ///
462     /// ## 返回值
463     ///
464     /// - 成功:文件inode
465     /// - 失败:错误码
466     #[allow(dead_code)]
467     #[inline]
468     pub fn add_file(
469         &self,
470         name: String,
471         mode: ModeType,
472         size: Option<usize>,
473         private_data: Option<KernInodePrivateData>,
474         callback: Option<&'static dyn KernFSCallback>,
475     ) -> Result<Arc<KernFSInode>, SystemError> {
476         if unlikely(self.inode_type != KernInodeType::Dir) {
477             return Err(SystemError::ENOTDIR);
478         }
479 
480         let size = size.unwrap_or(4096);
481         return self.inner_create(
482             name,
483             KernInodeType::File,
484             mode,
485             size,
486             private_data,
487             callback,
488         );
489     }
490 
491     fn inner_create(
492         &self,
493         name: String,
494         file_type: KernInodeType,
495         mode: ModeType,
496         mut size: usize,
497         private_data: Option<KernInodePrivateData>,
498         callback: Option<&'static dyn KernFSCallback>,
499     ) -> Result<Arc<KernFSInode>, SystemError> {
500         match file_type {
501             KernInodeType::Dir | KernInodeType::SymLink => {
502                 size = 0;
503             }
504             _ => {}
505         }
506 
507         let metadata = Metadata {
508             size: size as i64,
509             mode,
510             uid: 0,
511             gid: 0,
512             blk_size: 0,
513             blocks: 0,
514             atime: TimeSpec::new(0, 0),
515             mtime: TimeSpec::new(0, 0),
516             ctime: TimeSpec::new(0, 0),
517             dev_id: 0,
518             inode_id: generate_inode_id(),
519             file_type: file_type.into(),
520             nlinks: 1,
521             raw_dev: DeviceNumber::default(),
522         };
523 
524         let new_inode: Arc<KernFSInode> = Self::new(
525             Some(self.self_ref.upgrade().unwrap()),
526             name.clone(),
527             metadata,
528             file_type,
529             private_data,
530             callback,
531         );
532 
533         self.children.lock().insert(name, new_inode.clone());
534 
535         return Ok(new_inode);
536     }
537 
538     /// 在当前inode下删除子目录或者文件
539     ///
540     /// 如果要删除的是子目录,且子目录不为空,则返回ENOTEMPTY
541     ///
542     /// ## 参数
543     ///
544     /// - `name`:子目录或者文件名称
545     ///
546     /// ## 返回值
547     ///
548     /// - 成功:()
549     /// - 失败:错误码
550     #[allow(dead_code)]
551     pub fn remove(&self, name: &str) -> Result<(), SystemError> {
552         if unlikely(self.inode_type != KernInodeType::Dir) {
553             return Err(SystemError::ENOTDIR);
554         }
555 
556         let mut children = self.children.lock();
557         let inode = children.get(name).ok_or(SystemError::ENOENT)?;
558         if inode.children.lock().is_empty() {
559             children.remove(name);
560             return Ok(());
561         } else {
562             return Err(SystemError::ENOTEMPTY);
563         }
564     }
565 
566     /// add_link - create a symlink in kernfs
567     ///
568     /// ## 参数
569     ///
570     /// - `parent`: directory to create the symlink in
571     /// - `name`: name of the symlink
572     /// - `target`: target node for the symlink to point to
573     ///
574     /// Returns the created node on success
575     ///
576     /// 参考 https://code.dragonos.org.cn/xref/linux-6.1.9/fs/kernfs/symlink.c#25
577     pub fn add_link(
578         &self,
579         name: String,
580         target: &Arc<KernFSInode>,
581         target_absolute_path: String,
582     ) -> Result<Arc<KernFSInode>, SystemError> {
583         // kdebug!("kernfs add link: name:{name}, target path={target_absolute_path}");
584         let inode = self.inner_create(
585             name,
586             KernInodeType::SymLink,
587             ModeType::S_IFLNK | ModeType::from_bits_truncate(0o777),
588             0,
589             None,
590             None,
591         )?;
592 
593         inode.inner.write().symlink_target = Some(Arc::downgrade(target));
594         inode.inner.write().symlink_target_absolute_path = Some(target_absolute_path);
595         return Ok(inode);
596     }
597 
598     pub fn name(&self) -> &str {
599         return &self.name;
600     }
601 
602     pub fn parent(&self) -> Option<Arc<KernFSInode>> {
603         return self.inner.read().parent.upgrade();
604     }
605 
606     pub fn private_data_mut(&self) -> SpinLockGuard<Option<KernInodePrivateData>> {
607         return self.private_data.lock();
608     }
609 
610     #[allow(dead_code)]
611     pub fn symlink_target(&self) -> Option<Arc<KernFSInode>> {
612         return self.inner.read().symlink_target.as_ref()?.upgrade();
613     }
614 
615     /// remove a kernfs_node recursively
616     pub fn remove_recursive(&self) {
617         let mut children = self.children.lock().drain().collect::<Vec<_>>();
618         while let Some((_, child)) = children.pop() {
619             children.append(&mut child.children.lock().drain().collect::<Vec<_>>());
620         }
621     }
622 
623     /// 删除当前的inode(包括其自身、子目录和子文件)
624     #[allow(dead_code)]
625     pub fn remove_inode_include_self(&self) {
626         let parent = self.parent();
627         if let Some(parent) = parent {
628             parent.children.lock().remove(self.name());
629         }
630         self.remove_recursive();
631     }
632 }
633 #[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Eq)]
634 pub enum KernInodeType {
635     Dir,
636     File,
637     SymLink,
638 }
639 
640 impl Into<FileType> for KernInodeType {
641     fn into(self) -> FileType {
642         match self {
643             KernInodeType::Dir => FileType::Dir,
644             KernInodeType::File => FileType::File,
645             KernInodeType::SymLink => FileType::SymLink,
646         }
647     }
648 }
649