文件系统接口介绍及要求

这里我们将从用户的角度，介绍文件系统对用户的接口。

文件系统接口要求

我们要求文件系统需要支持以下功能（你可以用多个系统调用来实现，如用 seek + read 来实现读，但不接受过于复杂的实现逻辑）：

新建目录及文件：可在任何位置新建目录及文件
删除目录及文件：可删除除根目录以外的任何目录及文件
修改目录名及文件名：可修改目录及文件的名字
读取目录及文件：可读取特定位置的特定长度的内容
写入目录及文件：可写入特定位置的特定长度的内容
移动目录及文件：可移动目录及文件到另一个位置

我们建议实现以下功能：

文件系统接口介绍

这里我们按照 Linux 的文件系统接口来介绍文件系统的接口，你不一定要严格按照这里的接口来实现。

索引节点 Index Node (inode)

在类 Unix 操作系统中，每个文件都会有一个 inode 与之对应，inode 储存了文件的元数据信息，如文件大小、文件权限、文件所有者等。当我们需要访问文件时，我们会先通过文件名找到 inode，然后通过 inode 找到文件的数据块。通过文件名找到 inode 的过程由文件系统的设计决定。

在类 Unix 操作系统中，文件名不是文件的属性，其只用于索引。这为硬链接提供了便利，只要两个文件指向的 inode 相同，那么这两个文件就是硬链接。为了方便删除文件，inode 中会记录文件的硬链接数，当硬链接数为 0 时，文件会被删除。

目录索引

在类 Unix 操作系统中，目录的作用是一层层地找到文件的 inode。目录也是一个文件，其记录了当前目录的文件和子目录的 inode，以及自己和父目录的 inode。对于根目录，其父目录的 inode 为自己的 inode。

因此，找文件的过程就是从根目录开始（根目录的 inode 会在文件系统驱动初始化的时候找到），找到下一层的目录 inode，进而找到下一层目录的内容，这样逐层找到文件的 inode。

文件描述符 File Descriptor (fd)

文件描述符 (File Descriptor, fd) 是一个整数，其用于标识一个文件。当我们打开一个文件时，文件系统会返回一个文件描述符，之后我们可以通过这个文件描述符来操作文件。文件描述符是进程的属性，因此不同进程的文件描述符可以指向同一个文件。

在 task_struct 中，我们会记录文件描述符表，其记录了文件描述符和 inode 的对应关系。

实际上，在 Linux 中，文件描述符还可以只带其他的东西，如网络连接、管道、外部设备等。

系统调用

如果要使用文件，需要先打开文件。对应的系统调用有 open（其实还有其他接口，但是我们只需要管 open 即可）。open 会返回一个文件描述符，之后我们可以通过这个文件描述符来操作文件。open 还可以通过 flags 来指定打开文件的方式，如只读、只写、读写、创建文件等。具体请看 manpage。

对于文件读写，在 Linux 中有两套方法，一套是先 lseek 到对应的位置，再 read 或 write，另一套是直接 pread 或 pwrite。pread 和 pwrite 会直接指定初始的位置，而 read 和 write 不会。

使用完文件后，需要关闭文件。对应的系统调用是 close。close 会释放文件描述符，之后这个文件描述符就不再指代该文件了。

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