XV6

XV6 实现了 Unix / Linux 风格的文件系统，虽然功能简单并缺少性能上的考虑，但是能体现出 Unix 文件系统所有的核心概念。可以提供用户数据的保存和管理，实现在 IDE 硬盘上的数据持久化（persistence）能力。

简单说来，xv6fs 文件系统和其他文件系统一样，需要解决以下几个问题：

1. 磁盘空间的管理：需要对磁盘盘块按照功能不同进行划分和布局。
2. 文件数据盘块的组织：记录一个文件所包含的数据盘块有哪些。
3. 按名访问的能力：文件按路径进行访问，形成树状组织关系。
4. 文件的读写操作：提供系统调用，用于实现文件的读写操作过程。

为了提高性能和可靠性，XV6 和通常的文件系统一样，还提供了以下的能力：

• 提供磁盘盘块缓冲：用内存空间充当磁盘数据的缓冲，形成二级存储体系提高访问性能。
• 保证数据完整性：在文件写操作中，用日志方式来实现，即便系统崩溃也能保证数据完整性。

1. 磁盘布局

xv6fs 将整个磁盘进行分割以形成不同用途的区域：

1. 超级块：记录文件系统的整体信息， 包含磁盘空间的布局情况。
2. 索引节点区：每个索引节点记录一个文件的数据盘块位置。
3. 盘块位图区：每一个 bit 表示对应的数据盘块是含有文件数据还是空闲。
4. 数据盘块区：用于保存各种文件数据。
5. 日志区：用于保存写操作的日志。

2. 文件数据盘块组织

一个 xv6fs 中的文件用一个索引节点 inode 来管理其数据盘块，即混合索引方式。一部分数据的盘块号直接记录在 inode 的一个数组成员变量中，可以快速方便地访问到。其余的数据盘块号（如果有的话）记录到一个索引盘块中，需要间接访问才能获得。

3. 目录结构

索引节点 inode 虽然管理了一个文件的磁盘盘块，但是文件系统中有众多的文件需要有效管理， 而实践中树形目录结构是常用的有效方式。xv6fs 中一个目录记录为一个文件，该文件的数据按照目录项的结构进行解析，每一个项包含一个文件名（或子目录）以及对应的索引节点号。 与 Linux 的 EXT 文件系统类似，根目录 / 有固定的位置，xv6fs 的根目录对应索引节点为 1 的那个文件。通过目录文件的层次关系，就可以建立起目录的树形结构。

4. 读写操作

文件系统并不只是磁盘上的数据，而且还包含如何访问它们的代码。xv6fs 提供了若干文件系统访问的系统调用，包括读写、创建与删除、链接等。这些代码需要根据前面文件系统的存储规范（布局、索引等格式）来获取所需的数据，而且还需要和其他辅助系统互动，包括：

1. 需要 IDE 设备驱动来实现具体盘块的读写访问。
2. 需要借助块缓存来加快文件读写操作（对于 Linux 使用的是页缓存）。
3. 需要借助日志来保证写操作的原子性，实现文件数据的完整性。

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