xref: /DragonOS/kernel/src/filesystem/vfs/file.rs (revision 0d48c3c9c21a2dd470d0e1e58b507db60e0887bb)
1004e86ffSlogin use core::mem::MaybeUninit;
2004e86ffSlogin 
3004e86ffSlogin use alloc::{boxed::Box, string::String, sync::Arc, vec::Vec};
4004e86ffSlogin 
5004e86ffSlogin use crate::{
6004e86ffSlogin     arch::asm::current::current_pcb,
7004e86ffSlogin     filesystem::procfs::ProcfsFilePrivateData,
8004e86ffSlogin     include::bindings::bindings::{
9004e86ffSlogin         process_control_block, EINVAL, ENOBUFS, EOVERFLOW, EPERM, ESPIPE,
10004e86ffSlogin     },
11004e86ffSlogin     io::SeekFrom,
12*0d48c3c9Slogin     kerror, driver::tty::TtyFilePrivateData,
13004e86ffSlogin };
14004e86ffSlogin 
15004e86ffSlogin use super::{Dirent, FileType, IndexNode, Metadata};
16004e86ffSlogin 
17004e86ffSlogin /// 文件私有信息的枚举类型
18004e86ffSlogin #[derive(Debug, Clone)]
19004e86ffSlogin pub enum FilePrivateData {
20*0d48c3c9Slogin     /// procfs文件私有信息
21004e86ffSlogin     Procfs(ProcfsFilePrivateData),
22*0d48c3c9Slogin     /// Tty设备的私有信息
23*0d48c3c9Slogin     Tty(TtyFilePrivateData),
24*0d48c3c9Slogin     /// 不需要文件私有信息
25004e86ffSlogin     Unused,
26004e86ffSlogin }
27004e86ffSlogin 
28004e86ffSlogin impl Default for FilePrivateData {
29004e86ffSlogin     fn default() -> Self {
30004e86ffSlogin         return Self::Unused;
31004e86ffSlogin     }
32004e86ffSlogin }
33004e86ffSlogin 
34004e86ffSlogin bitflags! {
35004e86ffSlogin     /// @brief 文件打开模式
36004e86ffSlogin     /// 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
37004e86ffSlogin     ///
38004e86ffSlogin     /// 与Linux 5.19.10的uapi/asm-generic/fcntl.h相同
39004e86ffSlogin     /// https://opengrok.ringotek.cn/xref/linux-5.19.10/tools/include/uapi/asm-generic/fcntl.h#19
40004e86ffSlogin     pub struct FileMode: u32{
41004e86ffSlogin     /* File access modes for `open' and `fcntl'.  */
42004e86ffSlogin     /// Open Read-only
4384407d36Slogin     const O_RDONLY = 0o0;
44004e86ffSlogin     /// Open Write-only
4584407d36Slogin     const O_WRONLY = 0o1;
46004e86ffSlogin     /// Open read/write
4784407d36Slogin     const O_RDWR = 0o2;
48004e86ffSlogin     /// Mask for file access modes
4984407d36Slogin     const O_ACCMODE = 0o00000003;
50004e86ffSlogin 
51004e86ffSlogin     /* Bits OR'd into the second argument to open.  */
52004e86ffSlogin     /// Create file if it does not exist
5384407d36Slogin     const O_CREAT = 0o00000100;
54004e86ffSlogin     /// Fail if file already exists
5584407d36Slogin     const O_EXCL = 0o00000200;
56004e86ffSlogin     /// Do not assign controlling terminal
5784407d36Slogin     const O_NOCTTY = 0o00000400;
58004e86ffSlogin     /// 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
5984407d36Slogin     const O_TRUNC = 0o00001000;
60004e86ffSlogin     /// 文件指针会被移动到文件末尾
6184407d36Slogin     const O_APPEND = 0o00002000;
62004e86ffSlogin     /// 非阻塞式IO模式
6384407d36Slogin     const O_NONBLOCK = 0o00004000;
64004e86ffSlogin     /// used to be O_SYNC, see below
6584407d36Slogin     const O_DSYNC = 0o00010000;
66004e86ffSlogin     /// fcntl, for BSD compatibility
6784407d36Slogin     const FASYNC = 0o00020000;
68004e86ffSlogin     /* direct disk access hint */
6984407d36Slogin     const O_DIRECT = 0o00040000;
7084407d36Slogin     const O_LARGEFILE = 0o00100000;
71004e86ffSlogin     /// 打开的必须是一个目录
7284407d36Slogin     const O_DIRECTORY = 0o00200000;
73004e86ffSlogin     /// Do not follow symbolic links
7484407d36Slogin     const O_NOFOLLOW = 0o00400000;
7584407d36Slogin     const O_NOATIME = 0o01000000;
76004e86ffSlogin     /// set close_on_exec
7784407d36Slogin     const O_CLOEXEC = 0o02000000;
78004e86ffSlogin     }
79004e86ffSlogin }
80004e86ffSlogin 
81004e86ffSlogin /// @brief 抽象文件结构体
82004e86ffSlogin #[derive(Debug, Clone)]
83004e86ffSlogin pub struct File {
84004e86ffSlogin     inode: Arc<dyn IndexNode>,
85004e86ffSlogin     /// 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
86004e86ffSlogin     offset: usize,
87004e86ffSlogin     /// 文件的打开模式
88004e86ffSlogin     mode: FileMode,
89004e86ffSlogin     /// 文件类型
90004e86ffSlogin     file_type: FileType,
91004e86ffSlogin     /// 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
92004e86ffSlogin     readdir_subdirs_name: Vec<String>,
93004e86ffSlogin     pub private_data: FilePrivateData,
94004e86ffSlogin }
95004e86ffSlogin 
96004e86ffSlogin impl File {
97004e86ffSlogin     /// @brief 创建一个新的文件对象
98004e86ffSlogin     ///
99004e86ffSlogin     /// @param inode 文件对象对应的inode
100004e86ffSlogin     /// @param mode 文件的打开模式
101004e86ffSlogin     pub fn new(inode: Arc<dyn IndexNode>, mode: FileMode) -> Result<Self, i32> {
102004e86ffSlogin         let file_type: FileType = inode.metadata()?.file_type;
103004e86ffSlogin         let mut f = File {
104004e86ffSlogin             inode,
105004e86ffSlogin             offset: 0,
106004e86ffSlogin             mode,
107004e86ffSlogin             file_type,
108004e86ffSlogin             readdir_subdirs_name: Vec::new(),
109004e86ffSlogin             private_data: FilePrivateData::default(),
110004e86ffSlogin         };
111004e86ffSlogin         // kdebug!("inode:{:?}",f.inode);
112*0d48c3c9Slogin         f.inode.open(&mut f.private_data, &mode)?;
113004e86ffSlogin         return Ok(f);
114004e86ffSlogin     }
115004e86ffSlogin 
116004e86ffSlogin     /// @brief 从文件中读取指定的字节数到buffer中
117004e86ffSlogin     ///
118004e86ffSlogin     /// @param len 要读取的字节数
119004e86ffSlogin     /// @param buf 目标buffer
120004e86ffSlogin     ///
121004e86ffSlogin     /// @return Ok(usize) 成功读取的字节数
122004e86ffSlogin     /// @return Err(i32) 错误码
123004e86ffSlogin     pub fn read(&mut self, len: usize, buf: &mut [u8]) -> Result<usize, i32> {
124004e86ffSlogin         // 先检查本文件在权限等规则下,是否可读取。
125004e86ffSlogin         self.readable()?;
126004e86ffSlogin 
127004e86ffSlogin         if buf.len() < len {
128004e86ffSlogin             return Err(-(ENOBUFS as i32));
129004e86ffSlogin         }
130004e86ffSlogin 
131004e86ffSlogin         let len = self
132004e86ffSlogin             .inode
133004e86ffSlogin             .read_at(self.offset, len, buf, &mut self.private_data)?;
134004e86ffSlogin         self.offset += len;
135004e86ffSlogin         return Ok(len);
136004e86ffSlogin     }
137004e86ffSlogin 
138004e86ffSlogin     /// @brief 从buffer向文件写入指定的字节数的数据
139004e86ffSlogin     ///
140004e86ffSlogin     /// @param len 要写入的字节数
141004e86ffSlogin     /// @param buf 源数据buffer
142004e86ffSlogin     ///
143004e86ffSlogin     /// @return Ok(usize) 成功写入的字节数
144004e86ffSlogin     /// @return Err(i32) 错误码
145004e86ffSlogin     pub fn write(&mut self, len: usize, buf: &[u8]) -> Result<usize, i32> {
146004e86ffSlogin         // 先检查本文件在权限等规则下,是否可写入。
147004e86ffSlogin         self.writeable()?;
148004e86ffSlogin         if buf.len() < len {
149004e86ffSlogin             return Err(-(ENOBUFS as i32));
150004e86ffSlogin         }
151004e86ffSlogin         let len = self
152004e86ffSlogin             .inode
153004e86ffSlogin             .write_at(self.offset, len, buf, &mut FilePrivateData::Unused)?;
154004e86ffSlogin         self.offset += len;
155004e86ffSlogin         return Ok(len);
156004e86ffSlogin     }
157004e86ffSlogin 
158004e86ffSlogin     /// @brief 获取文件的元数据
159004e86ffSlogin     pub fn metadata(&self) -> Result<Metadata, i32> {
160004e86ffSlogin         return self.inode.metadata();
161004e86ffSlogin     }
162004e86ffSlogin 
163004e86ffSlogin     /// @brief 根据inode号获取子目录项的名字
164004e86ffSlogin     pub fn get_entry_name(&self, ino: usize) -> Result<String, i32> {
165004e86ffSlogin         return self.inode.get_entry_name(ino);
166004e86ffSlogin     }
167004e86ffSlogin 
168004e86ffSlogin     /// @brief 调整文件操作指针的位置
169004e86ffSlogin     ///
170004e86ffSlogin     /// @param origin 调整的起始位置
171004e86ffSlogin     pub fn lseek(&mut self, origin: SeekFrom) -> Result<usize, i32> {
172004e86ffSlogin         if self.inode.metadata().unwrap().file_type == FileType::Pipe {
173004e86ffSlogin             return Err(-(ESPIPE as i32));
174004e86ffSlogin         }
175004e86ffSlogin         let pos: i64;
176004e86ffSlogin         match origin {
177004e86ffSlogin             SeekFrom::SeekSet(offset) => {
178004e86ffSlogin                 pos = offset;
179004e86ffSlogin             }
180004e86ffSlogin             SeekFrom::SeekCurrent(offset) => {
181004e86ffSlogin                 pos = self.offset as i64 + offset;
182004e86ffSlogin             }
183004e86ffSlogin             SeekFrom::SeekEnd(offset) => {
184004e86ffSlogin                 let metadata = self.metadata()?;
185004e86ffSlogin                 pos = metadata.size + offset;
186004e86ffSlogin             }
187004e86ffSlogin             SeekFrom::Invalid => {
188004e86ffSlogin                 return Err(-(EINVAL as i32));
189004e86ffSlogin             }
190004e86ffSlogin         }
191004e86ffSlogin 
192004e86ffSlogin         if pos < 0 || pos > self.metadata()?.size {
193004e86ffSlogin             return Err(-(EOVERFLOW as i32));
194004e86ffSlogin         }
195004e86ffSlogin         self.offset = pos as usize;
196004e86ffSlogin         return Ok(self.offset);
197004e86ffSlogin     }
198004e86ffSlogin 
199004e86ffSlogin     /// @brief 判断当前文件是否可读
200004e86ffSlogin     #[inline]
201004e86ffSlogin     pub fn readable(&self) -> Result<(), i32> {
202004e86ffSlogin         // 暂时认为只要不是write only, 就可读
203004e86ffSlogin         if self.mode == FileMode::O_WRONLY {
204004e86ffSlogin             return Err(-(EPERM as i32));
205004e86ffSlogin         }
206004e86ffSlogin 
207004e86ffSlogin         return Ok(());
208004e86ffSlogin     }
209004e86ffSlogin 
210004e86ffSlogin     /// @brief 判断当前文件是否可写
211004e86ffSlogin     #[inline]
212004e86ffSlogin     pub fn writeable(&self) -> Result<(), i32> {
213004e86ffSlogin         // 暂时认为只要不是read only, 就可写
214004e86ffSlogin         if self.mode == FileMode::O_RDONLY {
215004e86ffSlogin             return Err(-(EPERM as i32));
216004e86ffSlogin         }
217004e86ffSlogin 
218004e86ffSlogin         return Ok(());
219004e86ffSlogin     }
220004e86ffSlogin 
221004e86ffSlogin     /// @biref 充填dirent结构体
222004e86ffSlogin     /// @return 返回dirent结构体的大小
223004e86ffSlogin     pub fn readdir(&mut self, dirent: &mut Dirent) -> Result<u64, i32> {
224004e86ffSlogin         let inode: &Arc<dyn IndexNode> = &self.inode;
225004e86ffSlogin 
226004e86ffSlogin         // 如果偏移量为0
227004e86ffSlogin         if self.offset == 0 {
228004e86ffSlogin             self.readdir_subdirs_name = inode.list()?;
229004e86ffSlogin             self.readdir_subdirs_name.sort();
230004e86ffSlogin         }
231004e86ffSlogin 
232004e86ffSlogin         // kdebug!("sub_entries={sub_entries:?}");
233004e86ffSlogin         if self.readdir_subdirs_name.is_empty() {
234004e86ffSlogin             self.offset = 0;
235004e86ffSlogin             return Ok(0);
236004e86ffSlogin         }
237004e86ffSlogin         let name: String = self.readdir_subdirs_name.remove(0);
238004e86ffSlogin         let sub_inode: Arc<dyn IndexNode> = match inode.find(&name) {
239004e86ffSlogin             Ok(i) => i,
240004e86ffSlogin             Err(e) => {
241004e86ffSlogin                 kerror!("Readdir error: Failed to find sub inode, file={self:?}");
242004e86ffSlogin                 return Err(e);
243004e86ffSlogin             }
244004e86ffSlogin         };
245004e86ffSlogin 
246004e86ffSlogin         let name_bytes: &[u8] = name.as_bytes();
247004e86ffSlogin 
248004e86ffSlogin         self.offset += 1;
249004e86ffSlogin         dirent.d_ino = sub_inode.metadata().unwrap().inode_id as u64;
250004e86ffSlogin         dirent.d_off = 0;
251004e86ffSlogin         dirent.d_reclen = 0;
252004e86ffSlogin         dirent.d_type = sub_inode.metadata().unwrap().file_type.get_file_type_num() as u8;
253004e86ffSlogin         // 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
254004e86ffSlogin         unsafe {
255004e86ffSlogin             let ptr = &mut dirent.d_name as *mut u8;
256004e86ffSlogin             let buf: &mut [u8] =
257004e86ffSlogin                 ::core::slice::from_raw_parts_mut::<'static, u8>(ptr, name_bytes.len());
258004e86ffSlogin             buf.copy_from_slice(name_bytes);
259004e86ffSlogin         }
260004e86ffSlogin 
261004e86ffSlogin         // 计算dirent结构体的大小
262004e86ffSlogin         return Ok((name_bytes.len() + ::core::mem::size_of::<Dirent>()
263004e86ffSlogin             - ::core::mem::size_of_val(&dirent.d_name)) as u64);
264004e86ffSlogin     }
265004e86ffSlogin     pub fn inode(&self) -> Arc<dyn IndexNode> {
266004e86ffSlogin         return self.inode.clone();
267004e86ffSlogin     }
268004e86ffSlogin }
269004e86ffSlogin 
270004e86ffSlogin impl Drop for File {
271004e86ffSlogin     fn drop(&mut self) {
272004e86ffSlogin         let r: Result<(), i32> = self.inode.close(&mut self.private_data);
273004e86ffSlogin         // 打印错误信息
274004e86ffSlogin         if r.is_err() {
275004e86ffSlogin             kerror!(
276004e86ffSlogin                 "pid: {} failed to close file: {:?}, errno={}",
277004e86ffSlogin                 current_pcb().pid,
278004e86ffSlogin                 self,
279004e86ffSlogin                 r.unwrap_err()
280004e86ffSlogin             );
281004e86ffSlogin         }
282004e86ffSlogin     }
283004e86ffSlogin }
284004e86ffSlogin 
285004e86ffSlogin /// @brief pcb里面的文件描述符数组
286004e86ffSlogin #[derive(Debug, Clone)]
287004e86ffSlogin pub struct FileDescriptorVec {
288004e86ffSlogin     /// 当前进程打开的文件描述符
289004e86ffSlogin     pub fds: [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD],
290004e86ffSlogin }
291004e86ffSlogin 
292004e86ffSlogin impl FileDescriptorVec {
293004e86ffSlogin     pub const PROCESS_MAX_FD: usize = 32;
294004e86ffSlogin 
295004e86ffSlogin     pub fn new() -> Box<FileDescriptorVec> {
296004e86ffSlogin         // 先声明一个未初始化的数组
297004e86ffSlogin         let mut data: [MaybeUninit<Option<Box<File>>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD] =
298004e86ffSlogin             unsafe { MaybeUninit::uninit().assume_init() };
299004e86ffSlogin 
300004e86ffSlogin         // 逐个把每个元素初始化为None
301004e86ffSlogin         for i in 0..FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD {
302004e86ffSlogin             data[i] = MaybeUninit::new(None);
303004e86ffSlogin         }
304004e86ffSlogin         // 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
305004e86ffSlogin         let data: [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD] = unsafe {
306004e86ffSlogin             core::mem::transmute::<_, [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD]>(data)
307004e86ffSlogin         };
308004e86ffSlogin 
309004e86ffSlogin         // 初始化文件描述符数组结构体
310004e86ffSlogin         return Box::new(FileDescriptorVec { fds: data });
311004e86ffSlogin     }
312004e86ffSlogin 
313004e86ffSlogin     /// @brief 从pcb的fds字段,获取文件描述符数组的可变引用
314004e86ffSlogin     #[inline]
315004e86ffSlogin     pub fn from_pcb(pcb: &'static process_control_block) -> Option<&'static mut FileDescriptorVec> {
316004e86ffSlogin         return unsafe { (pcb.fds as usize as *mut FileDescriptorVec).as_mut() };
317004e86ffSlogin     }
318004e86ffSlogin 
319004e86ffSlogin     /// @brief 判断文件描述符序号是否合法
320004e86ffSlogin     ///
321004e86ffSlogin     /// @return true 合法
322004e86ffSlogin     ///
323004e86ffSlogin     /// @return false 不合法
324004e86ffSlogin     #[inline]
325004e86ffSlogin     pub fn validate_fd(fd: i32) -> bool {
326004e86ffSlogin         if fd < 0 || fd as usize > FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD {
327004e86ffSlogin             return false;
328004e86ffSlogin         } else {
329004e86ffSlogin             return true;
330004e86ffSlogin         }
331004e86ffSlogin     }
332004e86ffSlogin }
333