Magenta - 文件系统概述

最新推荐文章于 2024-09-23 13:18:06 发布

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分类专栏： Magenta 文章标签：文件系统 Magenta

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Magenta - 文件系统概述

文件系统最初用于管理存储设备上的文件，后期随着虚拟文件系统的出现，也使用文件系统的方式来管理设备、提供kernel配置接口等等。

文件访问流程

Magneta是以微内核的方式实现，所以其文件系统是以client/server的方式实现的。server利用Port监听Channel，以获取用户的请求事件；用户发起的文件操作请求并不是由kernel实现的，请求经过Channel传递给文件系统的server，server执行完请求后，将结果再通过Channel返回给用户。

Magenta是使用Channel和Port实现Client和server的交互的。Magenta的Channel类似于Linux的pipe或socket pair；Port则类似于select或event poll。

这里写图片描述

在上图中，线程”foo”创建file Channel后，将操作请求和此file Channel的句柄经root Channel发送到Port；Port监听到root Channel的写动作后，触发线程”mxio-dispatcher”从root Channel中读取具体的请求事件；处理完请求事件后，经file Channel返回处理结果，并利用Port监听此file Channel，以便响应后续的读写请求。可见file Channel代表新打开的文件。
至于Channel的句柄是怎么从进程”bin/devmgr”传递给进程”foo”的，在后面会有说明。

Port和Channel的说明

下图是Port和Channel的数据结构示意图，包含2个Port对象和2个Channel对象。其中memfs:memfs_global_dispatcher监听2个Channel。

这里写图片描述

Port可以同时监听多个handle的状态变化。在用户层面，用户创建port并调用mx_port_wait监听Port；如果有handle的状态改变，则port会将消息通知到user，user调用回掉函数处理消息事件。

我们来看看Port是怎么实现监听功能的。在user层面，创建了memfs::memfs_global_dispatcher，因为需要实现对memfs::global_vfs_root的监听，所以创建了一个handler，此handler包括需要监控的handle以及相应的回掉函数。这里实现的是对1个Channel对象的监听，因为”mxio-dispatcher” server是从channel读取用户的请求的。

在kernel层面，PortDispatcher在ChannelDispacher对象中创建1个PortObserver，此PortObserver包含了user层面所提供的回掉函数以及参数等（其成员key_其实是handler_t对象的地址）。当ChannelDispacher对象状态有变化时，则通知到PortDispatcher，PortDispatcher会将PortObserver的packet_赋值后链入packets_并发送给user。user可根据packet中的key得到handler，从而得到回掉函数和参数。

在本例中，由于监听的是根目录，所以参数中包含根目录对应的Vnode，即global_vfs_root。回掉函数从而可以从根目录开始搜索用户所请求的文件目录。

由图可见，真正的文件操作是由在线程”mxio-dispatcher”中的回掉函数vfs_handler执行的。此函数的实现以后章节再讲。

关于Port和handle的关系，可见1个Port可以监控多个handle；而1个handle可以被多个Port监控。

文件系统的结构

我把文件系统分为前端和后端。前端是呈现给用户的目录结构，后端则指各种文件类型的不同具体操作。
Magenta的前端类似于Linux的inode/dentry结构，也有VnodeMemfs/Dnode结构。Dnode用于管理目录树，而VnodeMemfs则指向文件的操作。

devmgr在初始化阶段，创建了如下目录结构:

<root>
    |--dev
    |--boot
    |--tmp
    |--data
    |--volume

即在根目录下创建了5个目录。我们来看看这些目录是怎么创建和组织的。先来看看涉及到的数据结构。

这里写图片描述

正如前面所述，每个目录对应着一对VnodeDir/Dnode，而每个文件则对应着一对VnodeFile/Dnode。VnodeDir和VnodeFile继承自VnodeMemfs和fs::Vnode。VnodeMemfs和Dnode分别通过VnodeMemfs.dnode_和Dnode.vnode_互指。目录名保存在Dnode的成员name_中，目录树是由Dnode的成员parnet_/children_来组织的。对文件/目录的具体操作由VnodeFile/VnodeDir决定。

创建完以上的目录后，这些目录还只存在于ram中，用户还不可见，还需要为这些目录添加操作接口，以便用户可以遍历访问。如下的2个成员是VnodeDir所特有，可见远程映射和监控只可在目录层面做。

    fs::RemoteContainer remoter_;
    fs::WatcherContainer watcher_;

< root >对应的VnodeDir是memfs::global_vfs_root，它的句柄remote_.remote指向一个channel对象的一端；而另一端则由mxio_root_handle管理，供用户打开和读写等。

Client端的实现

在Magenta的进程用户空间，类似于Linux，使用描述符管理已打开的文件，目前支持最多可打开256个文件。
用户如果请求打开的文件路径是绝对路径，则使用mxio_root_handle来执行具体的打开动作。mxio_root_handle是struct mxrio类型。

typedef struct mxio {
    mxio_ops_t* ops;  // = mx_remote_ops
    uint32_t magic;
    atomic_int_fast32_t refcount;
    int32_t dupcount;
    int32_t flags;
} mxio_t;

struct mxrio {
    // base mxio io object
    mxio_t io;
    // channel handle for rpc
    mx_handle_t h;
    // event handle for device state signals, or socket handle
    mx_handle_t h2;
    // transaction id used for synchronous remoteio calls
    _Atomic mx_txid_t txid;
};

每个进程都有自己的私有mxio_root_handle。进程”bin/devmgr”的mxio_root_handle是自己创建的，而其他进程的mxio_root_handle一般是由父进程传递过来的。由于进程”bin/devmgr”是init进程，所以实际上其他进程的进程mxio_root_handle都是根据”bin/devmgr”的mxio_root_handle而创建的，即一般而言，所有进程的mxio_root_handle的成员“mx_handle_t h”实际指向同一个Channel对象。至于handle是怎么在进程间专递的，后期再讲。

进程”bin/devmgr”创建的mxio_root_handle，其“mx_handle_t h”指向的channel监听的是根目录memfs::global_vfs_root，所以可以打开绝对路径的文件。

mx_remote_ops在执行open动作时，先创建一个新的channel，将channel的一端句柄和文件路径通过remote channel handle发送给server；server接收到新channel和路径后，打开文件，并将打开的结果通过新的channel发送给client，并监听此新channel；client会通过新channel读取到打开结果，创建一个新的mxrio_t，其成员“mx_handle_t h”就指向此新的channel，从而此新channel代表一个新打开的文件。然后为此新的mxrio_t分配一个文件描述符，提供给用户操作。