xref: /DragonOS/kernel/src/filesystem/vfs/file.rs (revision 004e86ff19727df303c23b42c7a271b9214c6898)
1*004e86ffSlogin use core::mem::MaybeUninit;
2*004e86ffSlogin 
3*004e86ffSlogin use alloc::{boxed::Box, string::String, sync::Arc, vec::Vec};
4*004e86ffSlogin 
5*004e86ffSlogin use crate::{
6*004e86ffSlogin     arch::asm::current::current_pcb,
7*004e86ffSlogin     filesystem::procfs::ProcfsFilePrivateData,
8*004e86ffSlogin     include::bindings::bindings::{
9*004e86ffSlogin         process_control_block, EINVAL, ENOBUFS, EOVERFLOW, EPERM, ESPIPE,
10*004e86ffSlogin     },
11*004e86ffSlogin     io::SeekFrom,
12*004e86ffSlogin     kerror,
13*004e86ffSlogin };
14*004e86ffSlogin 
15*004e86ffSlogin use super::{Dirent, FileType, IndexNode, Metadata};
16*004e86ffSlogin 
17*004e86ffSlogin /// 文件私有信息的枚举类型
18*004e86ffSlogin #[derive(Debug, Clone)]
19*004e86ffSlogin pub enum FilePrivateData {
20*004e86ffSlogin     // procfs文件私有信息
21*004e86ffSlogin     Procfs(ProcfsFilePrivateData),
22*004e86ffSlogin     // 不需要文件私有信息
23*004e86ffSlogin     Unused,
24*004e86ffSlogin }
25*004e86ffSlogin 
26*004e86ffSlogin impl Default for FilePrivateData {
27*004e86ffSlogin     fn default() -> Self {
28*004e86ffSlogin         return Self::Unused;
29*004e86ffSlogin     }
30*004e86ffSlogin }
31*004e86ffSlogin 
32*004e86ffSlogin bitflags! {
33*004e86ffSlogin     /// @brief 文件打开模式
34*004e86ffSlogin     /// 其中,低2bit组合而成的数字的值,用于表示访问权限。其他的bit,才支持通过按位或的方式来表示参数
35*004e86ffSlogin     ///
36*004e86ffSlogin     /// 与Linux 5.19.10的uapi/asm-generic/fcntl.h相同
37*004e86ffSlogin     /// https://opengrok.ringotek.cn/xref/linux-5.19.10/tools/include/uapi/asm-generic/fcntl.h#19
38*004e86ffSlogin     pub struct FileMode: u32{
39*004e86ffSlogin     /* File access modes for `open' and `fcntl'.  */
40*004e86ffSlogin     /// Open Read-only
41*004e86ffSlogin     const O_RDONLY = 0;
42*004e86ffSlogin     /// Open Write-only
43*004e86ffSlogin     const O_WRONLY = 1;
44*004e86ffSlogin     /// Open read/write
45*004e86ffSlogin     const O_RDWR = 2;
46*004e86ffSlogin     /// Mask for file access modes
47*004e86ffSlogin     const O_ACCMODE = 00000003;
48*004e86ffSlogin 
49*004e86ffSlogin     /* Bits OR'd into the second argument to open.  */
50*004e86ffSlogin     /// Create file if it does not exist
51*004e86ffSlogin     const O_CREAT = 00000100;
52*004e86ffSlogin     /// Fail if file already exists
53*004e86ffSlogin     const O_EXCL = 00000200;
54*004e86ffSlogin     /// Do not assign controlling terminal
55*004e86ffSlogin     const O_NOCTTY = 00000400;
56*004e86ffSlogin     /// 文件存在且是普通文件,并以O_RDWR或O_WRONLY打开,则它会被清空
57*004e86ffSlogin     const O_TRUNC = 00001000;
58*004e86ffSlogin     /// 文件指针会被移动到文件末尾
59*004e86ffSlogin     const O_APPEND = 00002000;
60*004e86ffSlogin     /// 非阻塞式IO模式
61*004e86ffSlogin     const O_NONBLOCK = 00004000;
62*004e86ffSlogin     /// used to be O_SYNC, see below
63*004e86ffSlogin     const O_DSYNC = 00010000;
64*004e86ffSlogin     /// fcntl, for BSD compatibility
65*004e86ffSlogin     const FASYNC = 00020000;
66*004e86ffSlogin     /* direct disk access hint */
67*004e86ffSlogin     const O_DIRECT = 00040000;
68*004e86ffSlogin     const O_LARGEFILE = 00100000;
69*004e86ffSlogin     /// 打开的必须是一个目录
70*004e86ffSlogin     const O_DIRECTORY = 00200000;
71*004e86ffSlogin     /// Do not follow symbolic links
72*004e86ffSlogin     const O_NOFOLLOW = 00400000;
73*004e86ffSlogin     const O_NOATIME = 01000000;
74*004e86ffSlogin     /// set close_on_exec
75*004e86ffSlogin     const O_CLOEXEC = 02000000;
76*004e86ffSlogin     }
77*004e86ffSlogin }
78*004e86ffSlogin 
79*004e86ffSlogin /// @brief 抽象文件结构体
80*004e86ffSlogin #[derive(Debug, Clone)]
81*004e86ffSlogin pub struct File {
82*004e86ffSlogin     inode: Arc<dyn IndexNode>,
83*004e86ffSlogin     /// 对于文件,表示字节偏移量;对于文件夹,表示当前操作的子目录项偏移量
84*004e86ffSlogin     offset: usize,
85*004e86ffSlogin     /// 文件的打开模式
86*004e86ffSlogin     mode: FileMode,
87*004e86ffSlogin     /// 文件类型
88*004e86ffSlogin     file_type: FileType,
89*004e86ffSlogin     /// readdir时候用的,暂存的本次循环中,所有子目录项的名字的数组
90*004e86ffSlogin     readdir_subdirs_name: Vec<String>,
91*004e86ffSlogin     pub private_data: FilePrivateData,
92*004e86ffSlogin }
93*004e86ffSlogin 
94*004e86ffSlogin impl File {
95*004e86ffSlogin     /// @brief 创建一个新的文件对象
96*004e86ffSlogin     ///
97*004e86ffSlogin     /// @param inode 文件对象对应的inode
98*004e86ffSlogin     /// @param mode 文件的打开模式
99*004e86ffSlogin     pub fn new(inode: Arc<dyn IndexNode>, mode: FileMode) -> Result<Self, i32> {
100*004e86ffSlogin         let file_type: FileType = inode.metadata()?.file_type;
101*004e86ffSlogin         let mut f = File {
102*004e86ffSlogin             inode,
103*004e86ffSlogin             offset: 0,
104*004e86ffSlogin             mode,
105*004e86ffSlogin             file_type,
106*004e86ffSlogin             readdir_subdirs_name: Vec::new(),
107*004e86ffSlogin             private_data: FilePrivateData::default(),
108*004e86ffSlogin         };
109*004e86ffSlogin         // kdebug!("inode:{:?}",f.inode);
110*004e86ffSlogin         f.inode.open(&mut f.private_data)?;
111*004e86ffSlogin         return Ok(f);
112*004e86ffSlogin     }
113*004e86ffSlogin 
114*004e86ffSlogin     /// @brief 从文件中读取指定的字节数到buffer中
115*004e86ffSlogin     ///
116*004e86ffSlogin     /// @param len 要读取的字节数
117*004e86ffSlogin     /// @param buf 目标buffer
118*004e86ffSlogin     ///
119*004e86ffSlogin     /// @return Ok(usize) 成功读取的字节数
120*004e86ffSlogin     /// @return Err(i32) 错误码
121*004e86ffSlogin     pub fn read(&mut self, len: usize, buf: &mut [u8]) -> Result<usize, i32> {
122*004e86ffSlogin         // 先检查本文件在权限等规则下,是否可读取。
123*004e86ffSlogin         self.readable()?;
124*004e86ffSlogin 
125*004e86ffSlogin         if buf.len() < len {
126*004e86ffSlogin             return Err(-(ENOBUFS as i32));
127*004e86ffSlogin         }
128*004e86ffSlogin 
129*004e86ffSlogin         let len = self
130*004e86ffSlogin             .inode
131*004e86ffSlogin             .read_at(self.offset, len, buf, &mut self.private_data)?;
132*004e86ffSlogin         self.offset += len;
133*004e86ffSlogin         return Ok(len);
134*004e86ffSlogin     }
135*004e86ffSlogin 
136*004e86ffSlogin     /// @brief 从buffer向文件写入指定的字节数的数据
137*004e86ffSlogin     ///
138*004e86ffSlogin     /// @param len 要写入的字节数
139*004e86ffSlogin     /// @param buf 源数据buffer
140*004e86ffSlogin     ///
141*004e86ffSlogin     /// @return Ok(usize) 成功写入的字节数
142*004e86ffSlogin     /// @return Err(i32) 错误码
143*004e86ffSlogin     pub fn write(&mut self, len: usize, buf: &[u8]) -> Result<usize, i32> {
144*004e86ffSlogin         // 先检查本文件在权限等规则下,是否可写入。
145*004e86ffSlogin         self.writeable()?;
146*004e86ffSlogin         if buf.len() < len {
147*004e86ffSlogin             return Err(-(ENOBUFS as i32));
148*004e86ffSlogin         }
149*004e86ffSlogin         let len = self
150*004e86ffSlogin             .inode
151*004e86ffSlogin             .write_at(self.offset, len, buf, &mut FilePrivateData::Unused)?;
152*004e86ffSlogin         self.offset += len;
153*004e86ffSlogin         return Ok(len);
154*004e86ffSlogin     }
155*004e86ffSlogin 
156*004e86ffSlogin     /// @brief 获取文件的元数据
157*004e86ffSlogin     pub fn metadata(&self) -> Result<Metadata, i32> {
158*004e86ffSlogin         return self.inode.metadata();
159*004e86ffSlogin     }
160*004e86ffSlogin 
161*004e86ffSlogin     /// @brief 根据inode号获取子目录项的名字
162*004e86ffSlogin     pub fn get_entry_name(&self, ino: usize) -> Result<String, i32> {
163*004e86ffSlogin         return self.inode.get_entry_name(ino);
164*004e86ffSlogin     }
165*004e86ffSlogin 
166*004e86ffSlogin     /// @brief 调整文件操作指针的位置
167*004e86ffSlogin     ///
168*004e86ffSlogin     /// @param origin 调整的起始位置
169*004e86ffSlogin     pub fn lseek(&mut self, origin: SeekFrom) -> Result<usize, i32> {
170*004e86ffSlogin         if self.inode.metadata().unwrap().file_type == FileType::Pipe {
171*004e86ffSlogin             return Err(-(ESPIPE as i32));
172*004e86ffSlogin         }
173*004e86ffSlogin         let pos: i64;
174*004e86ffSlogin         match origin {
175*004e86ffSlogin             SeekFrom::SeekSet(offset) => {
176*004e86ffSlogin                 pos = offset;
177*004e86ffSlogin             }
178*004e86ffSlogin             SeekFrom::SeekCurrent(offset) => {
179*004e86ffSlogin                 pos = self.offset as i64 + offset;
180*004e86ffSlogin             }
181*004e86ffSlogin             SeekFrom::SeekEnd(offset) => {
182*004e86ffSlogin                 let metadata = self.metadata()?;
183*004e86ffSlogin                 pos = metadata.size + offset;
184*004e86ffSlogin             }
185*004e86ffSlogin             SeekFrom::Invalid => {
186*004e86ffSlogin                 return Err(-(EINVAL as i32));
187*004e86ffSlogin             }
188*004e86ffSlogin         }
189*004e86ffSlogin 
190*004e86ffSlogin         if pos < 0 || pos > self.metadata()?.size {
191*004e86ffSlogin             return Err(-(EOVERFLOW as i32));
192*004e86ffSlogin         }
193*004e86ffSlogin         self.offset = pos as usize;
194*004e86ffSlogin         return Ok(self.offset);
195*004e86ffSlogin     }
196*004e86ffSlogin 
197*004e86ffSlogin     /// @brief 判断当前文件是否可读
198*004e86ffSlogin     #[inline]
199*004e86ffSlogin     pub fn readable(&self) -> Result<(), i32> {
200*004e86ffSlogin         // 暂时认为只要不是write only, 就可读
201*004e86ffSlogin         if self.mode == FileMode::O_WRONLY {
202*004e86ffSlogin             return Err(-(EPERM as i32));
203*004e86ffSlogin         }
204*004e86ffSlogin 
205*004e86ffSlogin         return Ok(());
206*004e86ffSlogin     }
207*004e86ffSlogin 
208*004e86ffSlogin     /// @brief 判断当前文件是否可写
209*004e86ffSlogin     #[inline]
210*004e86ffSlogin     pub fn writeable(&self) -> Result<(), i32> {
211*004e86ffSlogin         // 暂时认为只要不是read only, 就可写
212*004e86ffSlogin         if self.mode == FileMode::O_RDONLY {
213*004e86ffSlogin             return Err(-(EPERM as i32));
214*004e86ffSlogin         }
215*004e86ffSlogin 
216*004e86ffSlogin         return Ok(());
217*004e86ffSlogin     }
218*004e86ffSlogin 
219*004e86ffSlogin     /// @biref 充填dirent结构体
220*004e86ffSlogin     /// @return 返回dirent结构体的大小
221*004e86ffSlogin     pub fn readdir(&mut self, dirent: &mut Dirent) -> Result<u64, i32> {
222*004e86ffSlogin         let inode: &Arc<dyn IndexNode> = &self.inode;
223*004e86ffSlogin 
224*004e86ffSlogin         // 如果偏移量为0
225*004e86ffSlogin         if self.offset == 0 {
226*004e86ffSlogin             self.readdir_subdirs_name = inode.list()?;
227*004e86ffSlogin             self.readdir_subdirs_name.sort();
228*004e86ffSlogin         }
229*004e86ffSlogin 
230*004e86ffSlogin         // kdebug!("sub_entries={sub_entries:?}");
231*004e86ffSlogin         if self.readdir_subdirs_name.is_empty() {
232*004e86ffSlogin             self.offset = 0;
233*004e86ffSlogin             return Ok(0);
234*004e86ffSlogin         }
235*004e86ffSlogin         let name: String = self.readdir_subdirs_name.remove(0);
236*004e86ffSlogin         let sub_inode: Arc<dyn IndexNode> = match inode.find(&name) {
237*004e86ffSlogin             Ok(i) => i,
238*004e86ffSlogin             Err(e) => {
239*004e86ffSlogin                 kerror!("Readdir error: Failed to find sub inode, file={self:?}");
240*004e86ffSlogin                 return Err(e);
241*004e86ffSlogin             }
242*004e86ffSlogin         };
243*004e86ffSlogin 
244*004e86ffSlogin         let name_bytes: &[u8] = name.as_bytes();
245*004e86ffSlogin 
246*004e86ffSlogin         self.offset += 1;
247*004e86ffSlogin         dirent.d_ino = sub_inode.metadata().unwrap().inode_id as u64;
248*004e86ffSlogin         dirent.d_off = 0;
249*004e86ffSlogin         dirent.d_reclen = 0;
250*004e86ffSlogin         dirent.d_type = sub_inode.metadata().unwrap().file_type.get_file_type_num() as u8;
251*004e86ffSlogin         // 根据posix的规定,dirent中的d_name是一个不定长的数组,因此需要unsafe来拷贝数据
252*004e86ffSlogin         unsafe {
253*004e86ffSlogin             let ptr = &mut dirent.d_name as *mut u8;
254*004e86ffSlogin             let buf: &mut [u8] =
255*004e86ffSlogin                 ::core::slice::from_raw_parts_mut::<'static, u8>(ptr, name_bytes.len());
256*004e86ffSlogin             buf.copy_from_slice(name_bytes);
257*004e86ffSlogin         }
258*004e86ffSlogin 
259*004e86ffSlogin         // 计算dirent结构体的大小
260*004e86ffSlogin         return Ok((name_bytes.len() + ::core::mem::size_of::<Dirent>()
261*004e86ffSlogin             - ::core::mem::size_of_val(&dirent.d_name)) as u64);
262*004e86ffSlogin     }
263*004e86ffSlogin     pub fn inode(&self) -> Arc<dyn IndexNode> {
264*004e86ffSlogin         return self.inode.clone();
265*004e86ffSlogin     }
266*004e86ffSlogin }
267*004e86ffSlogin 
268*004e86ffSlogin impl Drop for File {
269*004e86ffSlogin     fn drop(&mut self) {
270*004e86ffSlogin         let r: Result<(), i32> = self.inode.close(&mut self.private_data);
271*004e86ffSlogin         // 打印错误信息
272*004e86ffSlogin         if r.is_err() {
273*004e86ffSlogin             kerror!(
274*004e86ffSlogin                 "pid: {} failed to close file: {:?}, errno={}",
275*004e86ffSlogin                 current_pcb().pid,
276*004e86ffSlogin                 self,
277*004e86ffSlogin                 r.unwrap_err()
278*004e86ffSlogin             );
279*004e86ffSlogin         }
280*004e86ffSlogin     }
281*004e86ffSlogin }
282*004e86ffSlogin 
283*004e86ffSlogin /// @brief pcb里面的文件描述符数组
284*004e86ffSlogin #[derive(Debug, Clone)]
285*004e86ffSlogin pub struct FileDescriptorVec {
286*004e86ffSlogin     /// 当前进程打开的文件描述符
287*004e86ffSlogin     pub fds: [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD],
288*004e86ffSlogin }
289*004e86ffSlogin 
290*004e86ffSlogin impl FileDescriptorVec {
291*004e86ffSlogin     pub const PROCESS_MAX_FD: usize = 32;
292*004e86ffSlogin 
293*004e86ffSlogin     pub fn new() -> Box<FileDescriptorVec> {
294*004e86ffSlogin         // 先声明一个未初始化的数组
295*004e86ffSlogin         let mut data: [MaybeUninit<Option<Box<File>>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD] =
296*004e86ffSlogin             unsafe { MaybeUninit::uninit().assume_init() };
297*004e86ffSlogin 
298*004e86ffSlogin         // 逐个把每个元素初始化为None
299*004e86ffSlogin         for i in 0..FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD {
300*004e86ffSlogin             data[i] = MaybeUninit::new(None);
301*004e86ffSlogin         }
302*004e86ffSlogin         // 由于一切都初始化完毕,因此将未初始化的类型强制转换为已经初始化的类型
303*004e86ffSlogin         let data: [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD] = unsafe {
304*004e86ffSlogin             core::mem::transmute::<_, [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD]>(data)
305*004e86ffSlogin         };
306*004e86ffSlogin 
307*004e86ffSlogin         // 初始化文件描述符数组结构体
308*004e86ffSlogin         return Box::new(FileDescriptorVec { fds: data });
309*004e86ffSlogin     }
310*004e86ffSlogin 
311*004e86ffSlogin     /// @brief 从pcb的fds字段,获取文件描述符数组的可变引用
312*004e86ffSlogin     #[inline]
313*004e86ffSlogin     pub fn from_pcb(pcb: &'static process_control_block) -> Option<&'static mut FileDescriptorVec> {
314*004e86ffSlogin         return unsafe { (pcb.fds as usize as *mut FileDescriptorVec).as_mut() };
315*004e86ffSlogin     }
316*004e86ffSlogin 
317*004e86ffSlogin     /// @brief 判断文件描述符序号是否合法
318*004e86ffSlogin     ///
319*004e86ffSlogin     /// @return true 合法
320*004e86ffSlogin     ///
321*004e86ffSlogin     /// @return false 不合法
322*004e86ffSlogin     #[inline]
323*004e86ffSlogin     pub fn validate_fd(fd: i32) -> bool {
324*004e86ffSlogin         if fd < 0 || fd as usize > FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD {
325*004e86ffSlogin             return false;
326*004e86ffSlogin         } else {
327*004e86ffSlogin             return true;
328*004e86ffSlogin         }
329*004e86ffSlogin     }
330*004e86ffSlogin }
331