OS-Lab5

一、思考题

Thinking 5.1

• 由于外部设备会更改自己对应地址空间的数据，CPU写入外设的数据存入Cache中，若在此时访问Cache，由于缓存内容只有在被新数据换出时才会被写入内存，因此会导致缓存内容覆盖了之前的操作，这相当于只进行最后一次操作，即操作覆盖。
• 串口访问频繁，而IDE磁盘访问频率较小，因此串口出错概率更高。

Thinking 5.2

• 由File文件控制块定义可知，文件控制块被f_pad限制对齐为256B，而一个磁盘块大小为4KB，因此一个磁盘块最多存储16个文件控制块。
• 目录文件最多用1024个磁盘块存储数据，因此最多有1024 * 16 = 16384个文件。
• 一个文件最多用1024个磁盘块存储数据，因此单个文件最大为1024 * 4KB = 4MB。

Thinking 5.3

内核支持最大磁盘大小为DISKMAX即0x40000000B = 1GB。

Thinking 5.4

fs/serv.h:

#define BY2SECT 512		    /* Bytes per disk sector */
#define SECT2BLK (BY2BLK / BY2SECT) /* sectors to a block */

/* Disk block n, when in memory, is mapped into the file system
 * server's address space at DISKMAP+(n*BY2BLK). */
#define DISKMAP 0x10000000

/* Maximum disk size we can handle (1GB) */
#define DISKMAX 0x40000000

这些宏标记了扇区大小以及diskmap的地址范围。

user/include/fs.h:

// Bytes per file system block - same as page size
#define BY2BLK BY2PG

// Number of (direct) block pointers in a File descriptor
#define NDIRECT 10
#define NINDIRECT (BY2BLK / 4)

#define FILE2BLK (BY2BLK / sizeof(struct File))

// File types
#define FTYPE_REG 0 // Regular file
#define FTYPE_DIR 1 // Directory

这些宏定义了各种关于文件结构体的信息，比如文件直接指针数以及文件类型。

Thinking 5.5

由于文件描述符以及定位指针都存在于用户空间内，因此fork前后的父子进程会共享文件描述符和定位指针。

程序代码如下：

#include "lib.h"

void test()
{
    int r;
    int fdnum;
    int num;
    char buf[100];
	fdnum = open("/newmotd", O_RDWR);
    if((r = fork()) == 0)
    {
        num = read(fdnum, buf, 10);
		debugf("this is child buf : %s\n", buf);
    }
    else
    {
        num = read(fdnum, buf, 10);
		debugf("this is father buf : %s\n", buf);
    }
    return;
}

Thinking 5.6

File:

struct File {
	char f_name[MAXNAMELEN]; // filename
	uint32_t f_size;	 // file size in bytes
	uint32_t f_type;	 // file type
	uint32_t f_direct[NDIRECT];
	uint32_t f_indirect;

	struct File *f_dir; // the pointer to the dir where this file is in, valid only in memory.
	char f_pad[BY2FILE - MAXNAMELEN - (3 + NDIRECT) * 4 - sizeof(void *)];
} __attribute__((aligned(4), packed));

File结构体在描述以及管理文件时使用，主要作用是获得文件的各种属性以及文件内容在磁盘上的位置，File结构体是物理实体。

Fd:

struct Fd {
	u_int fd_dev_id; //文件对应外设id
	u_int fd_offset; //读写偏移量
	u_int fd_omode;  //文件的打开方式
};

Fd结构体记录已打开文件的状态，便于用户直接使用其对文件进行操作。该结构体是内存数据。

Filefd:

struct Filefd {
	struct Fd f_fd;			//文件描述符
	u_int f_fileid;			//文件的id
	struct File f_file;		//文件控制块
};

Filefd结构体是对文件描述符的扩展，便于获得更多文件描述信息。该结构体是内存数据。

Thinking 5.7

• ENV_CREATE(user_env)与ENV_CREATE(fs_env)是同步消息，表示两种进程的创建，在结束创建过程后init才会向下执行。
• fs进程在执行完初始化后，就进入serv()函数，调用ipc_receive()函数将自身阻塞，等待用户进程发送请求，直到收到用户进程的ipc_send同步信息被唤醒。
• fs进程服务结束，通过ipc_send发送一个同步的返回信息，唤醒用户进程继续执行，而自身继续阻塞等待下次请求服务。

二、实验难点

1.文件数据块定位

文件的数据离散地存放在不同的磁盘块中，而在文件控制块内，存在指针指向这些存放数据的磁盘块。在f_direct数组中存在十个直接指针，这些指针直接指向磁盘块，还有存在于f_indirect指针指向的磁盘块中的1024个指针，由于前十个指针不使用，因此存在1014个间接指针，因此一个文件最大可以有1024个磁盘块保存数据，一个目录也可以最多有1024个磁盘块保存子文件或子目录。

2.用户进程与文件系统服务进程交互流程

用户进程通过用户接口申请文件服务，这些服务都定义在file.c中，之后请求会通过fsipc.c中的函数利用IPC机制将请求发送至文件系统服务进程。文件系统服务进程接收到请求后摆脱阻塞态，使用serv.c中的函数调用fs.c中的服务函数解决请求，之后通过serv.c中的函数向用户进程发出返回信息，交互结束。

三、心得体会

本次实验逻辑比较清晰，因为有请求服务->发出信号->服务进程处理->返回信号这一过程，因此代码实现目的性强。但本次实验代码量很大，需要一定时间阅读理解。总体而言加深了我对外设以及文件系统管理与服务的理解，收获很多。