xref: /DragonOS/kernel/src/filesystem/vfs/file.rs (revision 45b8371173b070028457f7ee64be33f68b4f9ada)
1 use core::mem::MaybeUninit;
2 
3 use alloc::{boxed::Box, string::String, sync::Arc, vec::Vec};
4 
5 use crate::{
6     arch::asm::current::current_pcb,
7     filesystem::procfs::ProcfsFilePrivateData,
8     include::bindings::bindings::{
9         process_control_block, EINVAL, ENOBUFS, EOVERFLOW, EPERM, ESPIPE,
10     },
11     io::SeekFrom,
12     kerror, driver::tty::TtyFilePrivateData,
13 };
14 
15 use super::{Dirent, FileType, IndexNode, Metadata};
16 
17 /// 文件私有信息的枚举类型
18 #[derive(Debug, Clone)]
19 pub enum FilePrivateData {
20     /// procfs文件私有信息
21     Procfs(ProcfsFilePrivateData),
22     /// Tty设备的私有信息
23     Tty(TtyFilePrivateData),
24     /// 不需要文件私有信息
25     Unused,
26 }
27 
28 impl Default for FilePrivateData {
29     fn default() -> Self {
30         return Self::Unused;
31     }
32 }
33 
34 bitflags! {
35     /// @brief 文件打开模式
36     /// 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
37     ///
38     /// 与Linux 5.19.10的uapi/asm-generic/fcntl.h相同
39     /// https://opengrok.ringotek.cn/xref/linux-5.19.10/tools/include/uapi/asm-generic/fcntl.h#19
40     pub struct FileMode: u32{
41     /* File access modes for `open' and `fcntl'.  */
42     /// Open Read-only
43     const O_RDONLY = 0o0;
44     /// Open Write-only
45     const O_WRONLY = 0o1;
46     /// Open read/write
47     const O_RDWR = 0o2;
48     /// Mask for file access modes
49     const O_ACCMODE = 0o00000003;
50 
51     /* Bits OR'd into the second argument to open.  */
52     /// Create file if it does not exist
53     const O_CREAT = 0o00000100;
54     /// Fail if file already exists
55     const O_EXCL = 0o00000200;
56     /// Do not assign controlling terminal
57     const O_NOCTTY = 0o00000400;
58     /// 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
59     const O_TRUNC = 0o00001000;
60     /// 文件指针会被移动到文件末尾
61     const O_APPEND = 0o00002000;
62     /// 非阻塞式IO模式
63     const O_NONBLOCK = 0o00004000;
64     /// used to be O_SYNC, see below
65     const O_DSYNC = 0o00010000;
66     /// fcntl, for BSD compatibility
67     const FASYNC = 0o00020000;
68     /* direct disk access hint */
69     const O_DIRECT = 0o00040000;
70     const O_LARGEFILE = 0o00100000;
71     /// 打开的必须是一个目录
72     const O_DIRECTORY = 0o00200000;
73     /// Do not follow symbolic links
74     const O_NOFOLLOW = 0o00400000;
75     const O_NOATIME = 0o01000000;
76     /// set close_on_exec
77     const O_CLOEXEC = 0o02000000;
78     }
79 }
80 
81 /// @brief 抽象文件结构体
82 #[derive(Debug, Clone)]
83 pub struct File {
84     inode: Arc<dyn IndexNode>,
85     /// 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
86     offset: usize,
87     /// 文件的打开模式
88     mode: FileMode,
89     /// 文件类型
90     file_type: FileType,
91     /// 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
92     readdir_subdirs_name: Vec<String>,
93     pub private_data: FilePrivateData,
94 }
95 
96 impl File {
97     /// @brief 创建一个新的文件对象
98     ///
99     /// @param inode 文件对象对应的inode
100     /// @param mode 文件的打开模式
101     pub fn new(inode: Arc<dyn IndexNode>, mode: FileMode) -> Result<Self, i32> {
102         let file_type: FileType = inode.metadata()?.file_type;
103         let mut f = File {
104             inode,
105             offset: 0,
106             mode,
107             file_type,
108             readdir_subdirs_name: Vec::new(),
109             private_data: FilePrivateData::default(),
110         };
111         // kdebug!("inode:{:?}",f.inode);
112         f.inode.open(&mut f.private_data, &mode)?;
113         return Ok(f);
114     }
115 
116     /// @brief 从文件中读取指定的字节数到buffer中
117     ///
118     /// @param len 要读取的字节数
119     /// @param buf 目标buffer
120     ///
121     /// @return Ok(usize) 成功读取的字节数
122     /// @return Err(i32) 错误码
123     pub fn read(&mut self, len: usize, buf: &mut [u8]) -> Result<usize, i32> {
124         // 先检查本文件在权限等规则下,是否可读取。
125         self.readable()?;
126 
127         if buf.len() < len {
128             return Err(-(ENOBUFS as i32));
129         }
130 
131         let len = self
132             .inode
133             .read_at(self.offset, len, buf, &mut self.private_data)?;
134         self.offset += len;
135         return Ok(len);
136     }
137 
138     /// @brief 从buffer向文件写入指定的字节数的数据
139     ///
140     /// @param len 要写入的字节数
141     /// @param buf 源数据buffer
142     ///
143     /// @return Ok(usize) 成功写入的字节数
144     /// @return Err(i32) 错误码
145     pub fn write(&mut self, len: usize, buf: &[u8]) -> Result<usize, i32> {
146         // 先检查本文件在权限等规则下,是否可写入。
147         self.writeable()?;
148         if buf.len() < len {
149             return Err(-(ENOBUFS as i32));
150         }
151         let len = self
152             .inode
153             .write_at(self.offset, len, buf, &mut FilePrivateData::Unused)?;
154         self.offset += len;
155         return Ok(len);
156     }
157 
158     /// @brief 获取文件的元数据
159     pub fn metadata(&self) -> Result<Metadata, i32> {
160         return self.inode.metadata();
161     }
162 
163     /// @brief 根据inode号获取子目录项的名字
164     pub fn get_entry_name(&self, ino: usize) -> Result<String, i32> {
165         return self.inode.get_entry_name(ino);
166     }
167 
168     /// @brief 调整文件操作指针的位置
169     ///
170     /// @param origin 调整的起始位置
171     pub fn lseek(&mut self, origin: SeekFrom) -> Result<usize, i32> {
172         if self.inode.metadata().unwrap().file_type == FileType::Pipe {
173             return Err(-(ESPIPE as i32));
174         }
175         let pos: i64;
176         match origin {
177             SeekFrom::SeekSet(offset) => {
178                 pos = offset;
179             }
180             SeekFrom::SeekCurrent(offset) => {
181                 pos = self.offset as i64 + offset;
182             }
183             SeekFrom::SeekEnd(offset) => {
184                 let metadata = self.metadata()?;
185                 pos = metadata.size + offset;
186             }
187             SeekFrom::Invalid => {
188                 return Err(-(EINVAL as i32));
189             }
190         }
191 
192         if pos < 0 || pos > self.metadata()?.size {
193             return Err(-(EOVERFLOW as i32));
194         }
195         self.offset = pos as usize;
196         return Ok(self.offset);
197     }
198 
199     /// @brief 判断当前文件是否可读
200     #[inline]
201     pub fn readable(&self) -> Result<(), i32> {
202         // 暂时认为只要不是write only, 就可读
203         if self.mode == FileMode::O_WRONLY {
204             return Err(-(EPERM as i32));
205         }
206 
207         return Ok(());
208     }
209 
210     /// @brief 判断当前文件是否可写
211     #[inline]
212     pub fn writeable(&self) -> Result<(), i32> {
213         // 暂时认为只要不是read only, 就可写
214         if self.mode == FileMode::O_RDONLY {
215             return Err(-(EPERM as i32));
216         }
217 
218         return Ok(());
219     }
220 
221     /// @biref 充填dirent结构体
222     /// @return 返回dirent结构体的大小
223     pub fn readdir(&mut self, dirent: &mut Dirent) -> Result<u64, i32> {
224         let inode: &Arc<dyn IndexNode> = &self.inode;
225 
226         // 如果偏移量为0
227         if self.offset == 0 {
228             self.readdir_subdirs_name = inode.list()?;
229             self.readdir_subdirs_name.sort();
230         }
231 
232         // kdebug!("sub_entries={sub_entries:?}");
233         if self.readdir_subdirs_name.is_empty() {
234             self.offset = 0;
235             return Ok(0);
236         }
237         let name: String = self.readdir_subdirs_name.remove(0);
238         let sub_inode: Arc<dyn IndexNode> = match inode.find(&name) {
239             Ok(i) => i,
240             Err(e) => {
241                 kerror!("Readdir error: Failed to find sub inode, file={self:?}");
242                 return Err(e);
243             }
244         };
245 
246         let name_bytes: &[u8] = name.as_bytes();
247 
248         self.offset += 1;
249         dirent.d_ino = sub_inode.metadata().unwrap().inode_id as u64;
250         dirent.d_off = 0;
251         dirent.d_reclen = 0;
252         dirent.d_type = sub_inode.metadata().unwrap().file_type.get_file_type_num() as u8;
253         // 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
254         unsafe {
255             let ptr = &mut dirent.d_name as *mut u8;
256             let buf: &mut [u8] =
257                 ::core::slice::from_raw_parts_mut::<'static, u8>(ptr, name_bytes.len());
258             buf.copy_from_slice(name_bytes);
259         }
260 
261         // 计算dirent结构体的大小
262         return Ok((name_bytes.len() + ::core::mem::size_of::<Dirent>()
263             - ::core::mem::size_of_val(&dirent.d_name)) as u64);
264     }
265     pub fn inode(&self) -> Arc<dyn IndexNode> {
266         return self.inode.clone();
267     }
268 }
269 
270 impl Drop for File {
271     fn drop(&mut self) {
272         let r: Result<(), i32> = self.inode.close(&mut self.private_data);
273         // 打印错误信息
274         if r.is_err() {
275             kerror!(
276                 "pid: {} failed to close file: {:?}, errno={}",
277                 current_pcb().pid,
278                 self,
279                 r.unwrap_err()
280             );
281         }
282     }
283 }
284 
285 /// @brief pcb里面的文件描述符数组
286 #[derive(Debug, Clone)]
287 pub struct FileDescriptorVec {
288     /// 当前进程打开的文件描述符
289     pub fds: [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD],
290 }
291 
292 impl FileDescriptorVec {
293     pub const PROCESS_MAX_FD: usize = 32;
294 
295     pub fn new() -> Box<FileDescriptorVec> {
296         // 先声明一个未初始化的数组
297         let mut data: [MaybeUninit<Option<Box<File>>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD] =
298             unsafe { MaybeUninit::uninit().assume_init() };
299 
300         // 逐个把每个元素初始化为None
301         for i in 0..FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD {
302             data[i] = MaybeUninit::new(None);
303         }
304         // 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
305         let data: [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD] = unsafe {
306             core::mem::transmute::<_, [Option<Box<File>>; FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD]>(data)
307         };
308 
309         // 初始化文件描述符数组结构体
310         return Box::new(FileDescriptorVec { fds: data });
311     }
312 
313     /// @brief 从pcb的fds字段,获取文件描述符数组的可变引用
314     #[inline]
315     pub fn from_pcb(pcb: &'static process_control_block) -> Option<&'static mut FileDescriptorVec> {
316         return unsafe { (pcb.fds as usize as *mut FileDescriptorVec).as_mut() };
317     }
318 
319     /// @brief 判断文件描述符序号是否合法
320     ///
321     /// @return true 合法
322     ///
323     /// @return false 不合法
324     #[inline]
325     pub fn validate_fd(fd: i32) -> bool {
326         if fd < 0 || fd as usize > FileDescriptorVec::PROCESS_MAX_FD {
327             return false;
328         } else {
329             return true;
330         }
331     }
332 }
333