XV6的学习笔记

6.s081 已经完成

在做6.s081课程实验时不明白的问题先记录下来：

1. 整体的中断流程是什么样子的，用户态的中断和内核态的中断的细节是什么。

2. 对于用户态来说，合法的地址范围是什么，栈的起始位置、0地址，以及进程大小之间的关系是什么？

3. 在xv6中， proc结构体下面的trapframe是做什么的？与context有什么区别？

4. 调度器，多和调度

5. Buffer cache 扮演这一个什么样的角色

文件系统

基础概念

• sector:

这个通常指的是磁盘的最小读取单位

• block:

操作系统（文件系统）最小的操作单位，一般一个block可以包含多个sector

其实这两个名字有时候也混用，通常是都用做block。但无论如何，其核心在于，对于磁盘来讲，是有一个最小的访问单元的。 即区别于对内存的地址访问，对于磁盘访问，对block按顺序编址，一个block通常512kb。

所以，从程序的角度来说，磁盘可以看作一个粒度比内存大的一个数组。而文件系统就是构建在这个数组上的一个数据结构。

Buffer Cache Layer

文件系统建立在磁盘和内存之间的一块缓存上。任何对文件的读写都要经过这层缓存，缓存以block为单位，双向链表做LRU。 也就是读写磁盘的api是建立在buffer cache之上的。

以下是bio.c文件中的主要api

上面这些API提供了完备的磁盘读写逻辑，这就是缓存层。

请求一个磁盘block时，先在buffer cache中查找，

key 为(dev,blockno), bget,

如果没找到，就用LRU替换一块。 与

Inode layer

inode 相当于文件的metadata数据结构。其中的一个问题是，inode的个数是固定的，所以对于文件系统来说，文件个数是有上限的。

这里我们以open系统调用的执行过程来举例，其实open就是打开或创建inode的过程，其中是建立在获取buffer cache的api的基础之上的。 比如open –> create –> ialloc –> bget

inode也有一层缓存结构，在fs.c中，对inode的操作与对block的操作的api几乎是对应的，多个inode存储在一个block中。

这里需要说明的是，inode缓存和block buffer缓存是独立的。**缓存(Cache)**的特性是透明的，一般使用带有缓存的机制时，我们只要考虑read/write逻辑，然后在这两个下面设计对于逻辑来讲是不透明的缓存。

因此，上文所表达的意思是，对于block，我们在bread/bwrite时的缓存和iget\iput的缓存是不相关的。虽然iget/iput的真实读取过程是通过bread/bwrite从它们存在于内存的缓存中复制到了iget\iput存在于内存中的缓冲中。看似好像从一块内存复制到另外一块内存似乎是多余的，并且iget/iput是建立在bread/bwrite之上的。但因为iget/iput 和bread/bwrite是两个无关(独立)的操作，所以缓存也必须无关（独立）。

上图是xv6文件系统的基本接口。

所有对文件的读写，都是通过buffer cache层给定的接口，在内存上做读取，buffer cache层通过缓存与磁盘交互。

我们知道，inode是一个文件的metadata, inode和文件之间是平坦的对应关系，但是树形的目录结构和以inode为核心的文件系统是如何映射的呢？

目录是一种特殊的文件，根据inode指定的文件类型为T_DIR，把inode中的数据段解释为一系列的Directory Entry。

logging

文件系统中的日志主要是用来进行文件的完整性保证和恢复的，相当于在磁盘上的缓存（备份）。 我们不期望时时刻刻都能把我们的数据保存完好，比起不丢失任何数据，数据的完整性更重要。而文件系统中的日志就是以维护文件的完整性为目的的。

比如完整的一个记录操作需要两步办到，在第一步完成之后发生了崩溃，当重启之后会发现数据有问题（这个问题当然不只是数据内容上的不完整，而是这个操作没完成导致影响整个文件系统）。