1 #![allow(dead_code)] 2 3 pub mod core; 4 pub mod fcntl; 5 pub mod file; 6 pub mod mount; 7 pub mod syscall; 8 mod utils; 9 10 use ::core::{any::Any, fmt::Debug, sync::atomic::AtomicUsize}; 11 12 use alloc::{string::String, sync::Arc, vec::Vec}; 13 14 use crate::{libs::casting::DowncastArc, syscall::SystemError, time::TimeSpec}; 15 16 use self::{core::generate_inode_id, file::FileMode, syscall::ModeType}; 17 pub use self::{core::ROOT_INODE, file::FilePrivateData, mount::MountFS}; 18 19 /// vfs容许的最大的路径名称长度 20 pub const MAX_PATHLEN: usize = 1024; 21 22 // 定义inode号 23 int_like!(InodeId, AtomicInodeId, usize, AtomicUsize); 24 25 /// 文件的类型 26 #[derive(Debug, Clone, Copy, PartialEq, Eq)] 27 pub enum FileType { 28 /// 文件 29 File, 30 /// 文件夹 31 Dir, 32 /// 块设备 33 BlockDevice, 34 /// 字符设备 35 CharDevice, 36 /// 管道文件 37 Pipe, 38 /// 符号链接 39 SymLink, 40 /// 套接字 41 Socket, 42 } 43 44 /* these are defined by POSIX and also present in glibc's dirent.h */ 45 /// 完整含义请见 http://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Directory-Entries.html 46 pub const DT_UNKNOWN: u16 = 0; 47 /// 命名管道，或者FIFO 48 pub const DT_FIFO: u16 = 1; 49 // 字符设备 50 pub const DT_CHR: u16 = 2; 51 // 目录 52 pub const DT_DIR: u16 = 4; 53 // 块设备 54 pub const DT_BLK: u16 = 6; 55 // 常规文件 56 pub const DT_REG: u16 = 8; 57 // 符号链接 58 pub const DT_LNK: u16 = 10; 59 // 是一个socket 60 pub const DT_SOCK: u16 = 12; 61 // 这个是抄Linux的，还不知道含义 62 pub const DT_WHT: u16 = 14; 63 pub const DT_MAX: u16 = 16; 64 65 impl FileType { 66 pub fn get_file_type_num(&self) -> u16 { 67 return match self { 68 FileType::File => DT_REG, 69 FileType::Dir => DT_DIR, 70 FileType::BlockDevice => DT_BLK, 71 FileType::CharDevice => DT_CHR, 72 FileType::Pipe => DT_FIFO, 73 FileType::SymLink => DT_LNK, 74 FileType::Socket => DT_SOCK, 75 }; 76 } 77 } 78 79 bitflags! { 80 /// @brief inode的状态（由poll方法返回） 81 pub struct PollStatus: u8 { 82 const WRITE = 1u8 << 0; 83 const READ = 1u8 << 1; 84 const ERROR = 1u8 << 2; 85 } 86 } 87 88 pub trait IndexNode: Any + Sync + Send + Debug { 89 /// @brief 打开文件 90 /// 91 /// @return 成功：Ok() 92 /// 失败：Err(错误码) 93 fn open(&self, _data: &mut FilePrivateData, _mode: &FileMode) -> Result<(), SystemError> { 94 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 95 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 96 } 97 98 /// @brief 关闭文件 99 /// 100 /// @return 成功：Ok() 101 /// 失败：Err(错误码) 102 fn close(&self, _data: &mut FilePrivateData) -> Result<(), SystemError> { 103 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 104 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 105 } 106 107 /// @brief 在inode的指定偏移量开始，读取指定大小的数据 108 /// 109 /// @param offset 起始位置在Inode中的偏移量 110 /// @param len 要读取的字节数 111 /// @param buf 缓冲区. 请注意，必须满足@buf.len()>=@len 112 /// @param _data 各文件系统系统所需私有信息 113 /// 114 /// @return 成功：Ok(读取的字节数) 115 /// 失败：Err(Posix错误码) 116 fn read_at( 117 &self, 118 offset: usize, 119 len: usize, 120 buf: &mut [u8], 121 _data: &mut FilePrivateData, 122 ) -> Result<usize, SystemError>; 123 124 /// @brief 在inode的指定偏移量开始，写入指定大小的数据（从buf的第0byte开始写入） 125 /// 126 /// @param offset 起始位置在Inode中的偏移量 127 /// @param len 要写入的字节数 128 /// @param buf 缓冲区. 请注意，必须满足@buf.len()>=@len 129 /// @param _data 各文件系统系统所需私有信息 130 /// 131 /// @return 成功：Ok(写入的字节数) 132 /// 失败：Err(Posix错误码) 133 fn write_at( 134 &self, 135 offset: usize, 136 len: usize, 137 buf: &[u8], 138 _data: &mut FilePrivateData, 139 ) -> Result<usize, SystemError>; 140 141 /// @brief 获取当前inode的状态。 142 /// 143 /// @return PollStatus结构体 144 fn poll(&self) -> Result<PollStatus, SystemError>; 145 146 /// @brief 获取inode的元数据 147 /// 148 /// @return 成功：Ok(inode的元数据) 149 /// 失败：Err(错误码) 150 fn metadata(&self) -> Result<Metadata, SystemError> { 151 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 152 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 153 } 154 155 /// @brief 设置inode的元数据 156 /// 157 /// @return 成功：Ok() 158 /// 失败：Err(错误码) 159 fn set_metadata(&self, _metadata: &Metadata) -> Result<(), SystemError> { 160 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 161 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 162 } 163 164 /// @brief 重新设置文件的大小 165 /// 166 /// 如果文件大小增加，则文件内容不变，但是文件的空洞部分会被填充为0 167 /// 如果文件大小减小，则文件内容会被截断 168 /// 169 /// @return 成功：Ok() 170 /// 失败：Err(错误码) 171 fn resize(&self, _len: usize) -> Result<(), SystemError> { 172 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 173 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 174 } 175 176 /// @brief 在当前目录下创建一个新的inode 177 /// 178 /// @param name 目录项的名字 179 /// @param file_type 文件类型 180 /// @param mode 权限 181 /// 182 /// @return 创建成功：返回Ok(新的inode的Arc指针) 183 /// @return 创建失败：返回Err(错误码) 184 fn create( 185 &self, 186 name: &str, 187 file_type: FileType, 188 mode: ModeType, 189 ) -> Result<Arc<dyn IndexNode>, SystemError> { 190 // 若文件系统没有实现此方法，则默认调用其create_with_data方法。如果仍未实现，则会得到一个Err(-EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP)的返回值 191 return self.create_with_data(name, file_type, mode, 0); 192 } 193 194 /// @brief 在当前目录下创建一个新的inode，并传入一个简单的data字段，方便进行初始化。 195 /// 196 /// @param name 目录项的名字 197 /// @param file_type 文件类型 198 /// @param mode 权限 199 /// @param data 用于初始化该inode的数据。（为0则表示忽略此字段）对于不同的文件系统来说，代表的含义可能不同。 200 /// 201 /// @return 创建成功：返回Ok(新的inode的Arc指针) 202 /// @return 创建失败：返回Err(错误码) 203 fn create_with_data( 204 &self, 205 _name: &str, 206 _file_type: FileType, 207 _mode: ModeType, 208 _data: usize, 209 ) -> Result<Arc<dyn IndexNode>, SystemError> { 210 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 211 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 212 } 213 214 /// @brief 在当前目录下，创建一个名为Name的硬链接，指向另一个IndexNode 215 /// 216 /// @param name 硬链接的名称 217 /// @param other 要被指向的IndexNode的Arc指针 218 /// 219 /// @return 成功：Ok() 220 /// 失败：Err(错误码) 221 fn link(&self, _name: &str, _other: &Arc<dyn IndexNode>) -> Result<(), SystemError> { 222 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 223 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 224 } 225 226 /// @brief 在当前目录下，删除一个名为Name的硬链接 227 /// 228 /// @param name 硬链接的名称 229 /// 230 /// @return 成功：Ok() 231 /// 失败：Err(错误码) 232 fn unlink(&self, _name: &str) -> Result<(), SystemError> { 233 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 234 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 235 } 236 237 /// @brief 删除文件夹 238 /// 239 /// @param name 文件夹名称 240 /// 241 /// @return 成功 Ok(()) 242 /// @return 失败 Err(错误码) 243 fn rmdir(&self, _name: &str) -> Result<(), SystemError> { 244 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 245 } 246 247 /// @brief 将指定名称的子目录项的文件内容，移动到target这个目录下。如果_old_name所指向的inode与_target的相同，那么则直接执行重命名的操作。 248 /// 249 /// @param old_name 旧的名字 250 /// 251 /// @param target 移动到指定的inode 252 /// 253 /// @param new_name 新的文件名 254 /// 255 /// @return 成功: Ok() 256 /// 失败: Err(错误码) 257 fn move_( 258 &self, 259 _old_name: &str, 260 _target: &Arc<dyn IndexNode>, 261 _new_name: &str, 262 ) -> Result<(), SystemError> { 263 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 264 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 265 } 266 267 /// @brief 寻找一个名为Name的inode 268 /// 269 /// @param name 要寻找的inode的名称 270 /// 271 /// @return 成功：Ok() 272 /// 失败：Err(错误码) 273 fn find(&self, _name: &str) -> Result<Arc<dyn IndexNode>, SystemError> { 274 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 275 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 276 } 277 278 /// @brief 根据inode号，获取子目录项的名字 279 /// 280 /// @param ino inode号 281 /// 282 /// @return 成功：Ok() 283 /// 失败：Err(错误码) 284 fn get_entry_name(&self, _ino: InodeId) -> Result<String, SystemError> { 285 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 286 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 287 } 288 289 /// @brief 根据inode号，获取子目录项的名字和元数据 290 /// 291 /// @param ino inode号 292 /// 293 /// @return 成功：Ok(String, Metadata) 294 /// 失败：Err(错误码) 295 fn get_entry_name_and_metadata(&self, ino: InodeId) -> Result<(String, Metadata), SystemError> { 296 // 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。 297 let name = self.get_entry_name(ino)?; 298 let entry = self.find(&name)?; 299 return Ok((name, entry.metadata()?)); 300 } 301 302 /// @brief io control接口 303 /// 304 /// @param cmd 命令 305 /// @param data 数据 306 /// 307 /// @return 成功：Ok() 308 /// 失败：Err(错误码) 309 fn ioctl(&self, _cmd: u32, _data: usize) -> Result<usize, SystemError> { 310 // 若文件系统没有实现此方法，则返回“不支持” 311 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 312 } 313 314 /// @brief 获取inode所在的文件系统的指针 315 fn fs(&self) -> Arc<dyn FileSystem>; 316 317 /// @brief 本函数用于实现动态转换。 318 /// 具体的文件系统在实现本函数时，最简单的方式就是：直接返回self 319 fn as_any_ref(&self) -> &dyn Any; 320 321 /// @brief 列出当前inode下的所有目录项的名字 322 fn list(&self) -> Result<Vec<String>, SystemError>; 323 324 /// @brief 在当前Inode下，挂载一个新的文件系统 325 /// 请注意！该函数只能被MountFS实现，其他文件系统不应实现这个函数 326 fn mount(&self, _fs: Arc<dyn FileSystem>) -> Result<Arc<MountFS>, SystemError> { 327 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 328 } 329 330 /// @brief 截断当前inode到指定的长度。如果当前文件长度小于len,则不操作。 331 /// 332 /// @param len 要被截断到的目标长度 333 fn truncate(&self, _len: usize) -> Result<(), SystemError> { 334 return Err(SystemError::EOPNOTSUPP_OR_ENOTSUP); 335 } 336 337 /// @brief 将当前inode的内容同步到具体设备上 338 fn sync(&self) -> Result<(), SystemError> { 339 return Ok(()); 340 } 341 } 342 343 impl DowncastArc for dyn IndexNode { 344 fn as_any_arc(self: Arc<Self>) -> Arc<dyn Any> { 345 self 346 } 347 } 348 349 impl dyn IndexNode { 350 /// @brief 将当前Inode转换为一个具体的结构体（类型由T指定） 351 /// 如果类型正确，则返回Some,否则返回None 352 pub fn downcast_ref<T: IndexNode>(&self) -> Option<&T> { 353 return self.as_any_ref().downcast_ref::<T>(); 354 } 355 356 /// @brief 查找文件（不考虑符号链接） 357 /// 358 /// @param path 文件路径 359 /// 360 /// @return Ok(Arc<dyn IndexNode>) 要寻找的目录项的inode 361 /// @return Err(SystemError) 错误码 362 pub fn lookup(&self, path: &str) -> Result<Arc<dyn IndexNode>, SystemError> { 363 return self.lookup_follow_symlink(path, 0); 364 } 365 366 /// @brief 查找文件（考虑符号链接） 367 /// 368 /// @param path 文件路径 369 /// @param max_follow_times 最大经过的符号链接的大小 370 /// 371 /// @return Ok(Arc<dyn IndexNode>) 要寻找的目录项的inode 372 /// @return Err(SystemError) 错误码 373 pub fn lookup_follow_symlink( 374 &self, 375 path: &str, 376 max_follow_times: usize, 377 ) -> Result<Arc<dyn IndexNode>, SystemError> { 378 if self.metadata()?.file_type != FileType::Dir { 379 return Err(SystemError::ENOTDIR); 380 } 381 382 // 处理绝对路径 383 // result: 上一个被找到的inode 384 // rest_path: 还没有查找的路径 385 let (mut result, mut rest_path) = if let Some(rest) = path.strip_prefix('/') { 386 (ROOT_INODE().clone(), String::from(rest)) 387 } else { 388 // 是相对路径 389 (self.find(".")?, String::from(path)) 390 }; 391 392 // 逐级查找文件 393 while !rest_path.is_empty() { 394 // 当前这一级不是文件夹 395 if result.metadata()?.file_type != FileType::Dir { 396 return Err(SystemError::ENOTDIR); 397 } 398 399 let name; 400 401 // 寻找“/” 402 match rest_path.find('/') { 403 Some(pos) => { 404 // 找到了，设置下一个要查找的名字 405 name = String::from(&rest_path[0..pos]); 406 // 剩余的路径字符串 407 rest_path = String::from(&rest_path[pos + 1..]); 408 } 409 None => { 410 name = rest_path; 411 rest_path = String::new(); 412 } 413 } 414 415 // 遇到连续多个"/"的情况 416 if name.is_empty() { 417 continue; 418 } 419 420 let inode = result.find(&name)?; 421 422 // 处理符号链接的问题 423 if inode.metadata()?.file_type == FileType::SymLink && max_follow_times > 0 { 424 let mut content = [0u8; 256]; 425 // 读取符号链接 426 let len = inode.read_at(0, 256, &mut content, &mut FilePrivateData::Unused)?; 427 428 // 将读到的数据转换为utf8字符串（先转为str，再转为String） 429 let link_path = String::from( 430 ::core::str::from_utf8(&content[..len]).map_err(|_| SystemError::ENOTDIR)?, 431 ); 432 433 let new_path = link_path + "/" + &rest_path; 434 // 继续查找符号链接 435 return result.lookup_follow_symlink(&new_path, max_follow_times - 1); 436 } else { 437 result = inode; 438 } 439 } 440 441 return Ok(result); 442 } 443 } 444 445 /// IndexNode的元数据 446 /// 447 /// 对应Posix2008中的sys/stat.h中的定义 https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/basedefs/sys_stat.h.html 448 #[derive(Debug, PartialEq, Eq, Clone)] 449 pub struct Metadata { 450 /// 当前inode所在的文件系统的设备号 451 pub dev_id: usize, 452 453 /// inode号 454 pub inode_id: InodeId, 455 456 /// Inode的大小 457 /// 文件：文件大小（单位：字节） 458 /// 目录：目录项中的文件、文件夹数量 459 pub size: i64, 460 461 /// Inode所在的文件系统中，每个块的大小 462 pub blk_size: usize, 463 464 /// Inode所占的块的数目 465 pub blocks: usize, 466 467 /// inode最后一次被访问的时间 468 pub atime: TimeSpec, 469 470 /// inode最后一次修改的时间 471 pub mtime: TimeSpec, 472 473 /// inode的创建时间 474 pub ctime: TimeSpec, 475 476 /// 文件类型 477 pub file_type: FileType, 478 479 /// 权限 480 pub mode: ModeType, 481 482 /// 硬链接的数量 483 pub nlinks: usize, 484 485 /// User ID 486 pub uid: usize, 487 488 /// Group ID 489 pub gid: usize, 490 491 /// 文件指向的设备的id（对于设备文件系统来说） 492 pub raw_dev: usize, 493 } 494 495 impl Default for Metadata { 496 fn default() -> Self { 497 return Self { 498 dev_id: 0, 499 inode_id: InodeId::new(0), 500 size: 0, 501 blk_size: 0, 502 blocks: 0, 503 atime: TimeSpec::default(), 504 mtime: TimeSpec::default(), 505 ctime: TimeSpec::default(), 506 file_type: FileType::File, 507 mode: ModeType::empty(), 508 nlinks: 1, 509 uid: 0, 510 gid: 0, 511 raw_dev: 0, 512 }; 513 } 514 } 515 516 /// @brief 所有文件系统都应该实现的trait 517 pub trait FileSystem: Any + Sync + Send + Debug { 518 /// @brief 获取当前文件系统的root inode的指针 519 fn root_inode(&self) -> Arc<dyn IndexNode>; 520 521 /// @brief 获取当前文件系统的信息 522 fn info(&self) -> FsInfo; 523 524 /// @brief 本函数用于实现动态转换。 525 /// 具体的文件系统在实现本函数时，最简单的方式就是：直接返回self 526 fn as_any_ref(&self) -> &dyn Any; 527 } 528 529 #[derive(Debug)] 530 pub struct FsInfo { 531 /// 文件系统所在的块设备的id 532 pub blk_dev_id: usize, 533 /// 文件名的最大长度 534 pub max_name_len: usize, 535 } 536 537 /// @brief 整合主设备号+次设备号 538 pub fn make_rawdev(major: usize, minor: usize) -> usize { 539 ((major & 0xffffff) << 8) | (minor & 0xff) 540 } 541 542 /// @brief 543 #[repr(C)] 544 #[derive(Debug)] 545 pub struct Dirent { 546 d_ino: u64, // 文件序列号 547 d_off: i64, // dir偏移量 548 d_reclen: u16, // 目录下的记录数 549 d_type: u8, // entry的类型 550 d_name: u8, // 文件entry的名字(是一个零长数组)， 本字段仅用于占位 551 } 552 553 impl Metadata { 554 pub fn new(file_type: FileType, mode: ModeType) -> Self { 555 Metadata { 556 dev_id: 0, 557 inode_id: generate_inode_id(), 558 size: 0, 559 blk_size: 0, 560 blocks: 0, 561 atime: TimeSpec::default(), 562 mtime: TimeSpec::default(), 563 ctime: TimeSpec::default(), 564 file_type, 565 mode, 566 nlinks: 1, 567 uid: 0, 568 gid: 0, 569 raw_dev: 0, 570 } 571 } 572 } 573