思考题

1. 如果通过 kseg0 读写设备，那么对于设备的写入会缓存到 Cache 中。这是一种错误的行为，在实际编写代码的时候这么做会引发不可预知的问题。请思考：这么做这会引发什么问题？对于不同种类的设备（如我们提到的串口设备和 IDE 磁盘）的操作会有差异吗？可以从缓存的性质和缓存更新的策略来考虑。

   在串口设备中，是通过物理内存实时响应的。若在串口设备中使用缓存，则只有在响应缓存页被替换时，物理内存才更新，导致串口设备读取的数据过期。

   在 IDE 磁盘中，我认为没有问题。 如果 IDE 磁盘不会在操作系统无介入的情况下自行调整存储状态，静态磁盘应该是可以使用缓存加速读写的。

2. 查找代码中的相关定义，试回答
   • 一个磁盘块中最多能存储多少个文件控制块？
     4KB / 256B = 16
   • 一个目录下最多能有多少个文件？
     16 * (10 + 4KB / 4B - 10) = 16 K
   • 我们的文件系统支持的单个文件最大为多大?
     4KB / 4B * 4KB = 4MB

3. 请思考，在满足磁盘块缓存的设计的前提下，我们实验使用的内核支持的最大磁盘大小是多少？

   DISKMAX * 1B = 1GB

4. 在本实验中，fs/serv.h、user/include/fs.h 等文件中出现了许多宏定义，试列举你认为较为重要的宏定义，同时进行解释，并描述其主要应用之处。

    #define BY2SECT 512      /* 磁盘区大小 */
    #define SECT2BLK (BY2BLK / BY2SECT) /* 磁盘块包含的物理磁盘区数 */
   
       
    #define DISKMAP 0x10000000 // 磁盘缓存的虚拟地址
    #define BY2BLK BY2PG //磁盘块大小=页面大小
    #define BY2FILE 256 // 文件控制块大小
   

5. 在 Lab4“系统调用与 fork”的实验中我们实现了极为重要的 fork 函数。那么 fork 前后的父子进程是否会共享文件描述符和定位指针呢？请在完成上述练习的基础上编写一个程序进行验证。

   serv.c 中，PTE_LIBRARY 共享了 Fd 所在页面。

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    void serve_map(u_int envid, struct Fsreq_map* rq){
        ...
        //PTE_LIBRARY 共享 Fd 所在页面
        ipc_send(envid, 0, blk, PTE_D | PTE_LIBRARY);
    }
   

6. 请解释 File, Fd, Filefd 结构体及其各个域的作用。比如各个结构体会在哪些过程中被使用，是否对应磁盘上的物理实体还是单纯的内存数据等。说明形式自定，要求简洁明了，可大致勾勒出文件系统数据结构与物理实体的对应关系与设计框架。

   File

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    struct File { //物理实体
        char f_name[MAXNAMELEN]; // filename
        uint32_t f_size;  // file size in bytes
        uint32_t f_type;  // file type
        uint32_t f_direct[NDIRECT]; //直接内容
        uint32_t f_indirect; // 间接指针
        struct File *f_dir; // 所在目录指针
        char f_pad[BY2FILE - MAXNAMELEN - (3 + NDIRECT) * 4 - sizeof(void *)];
        } __attribute__((aligned(4), packed));
   
    struct Fd { //内存数据
        u_int fd_dev_id; //设备id
        u_int fd_offset; // 读写的偏移量
        u_int fd_omode; //⽂件打开的读写模式
   };
    struct Filefd { //两者结合
        struct Fd f_fd;
        u_int f_fileid;
        struct File f_file;
    };
   

7. 图5.7中有多种不同形式的箭头，请解释这些不同箭头的差别，并思考我们 的操作系统是如何实现对应类型的进程间通信的。

   ENV_CREATE(user_env) ENV_CREATE(fs_serv) 在内核态完成，直接创建用户进程。
   fs_serv 进程在初始化 fs_init() 后，和其他需要使用文件系统的用户进程使用 ipc_* 通信。

实验难点

本次实验需要理解文件系统结构，用户使用 fd.c 接口，使用文件描述符读写文件，fsipc.c 与文件系统服务进程使用 ipc_* 交互，文件系统服务进程实现磁盘缓存，并使用驱动程序操作磁盘。

实验体会

文件系统较为复杂，我们的 lab 只涉及了其中很小一部分，对于用户进程与服务进程的了解不够透彻。限于实验篇幅，内容十分精简。

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