文件系统完善

[Josen-B]

当前问题

arceos 的 fs 存在以下局限

• 所有操作基于绝对路径，效率不高的同时语义与 UNIX 不匹配，导致一些系统调用 (openat、fstatat 等）实现繁琐
• 不提供 inode、owner、permission (mode)、soft/hard link 等接口
• 并发访问文件系统存在问题

starry基于arceos的 fs做出了相应的改进，但是没有使用的std，而是通过特定的api连接底层实现。这种方法并不通用，无法适用于其他两个平台。

因此我们需要一套完整的通用的文件系统，既可以提供丰富的功能实现，又足够简单通用，arceos，starry和axvisor都可以方便接入。

另外需要实现：

• 考虑多磁盘情况
• 不依赖arceos的block_dev，改为rdif-block的接口
• 在具体文件系统之外，实现块设备的缓存

[Josen-B]

设计结构

结合 axfs_vfs 和 axfs-ng-vfs，实现统一的虚拟文件系统 axvfs，具有标准通用的接口，arceos，starry 和 axvisor 分别接入 axvfs。

关于文件系统的操作依然通过 std 进入 arceos_api，然后分配到 axvfs，根据 axvfs 提供的 trait 在 fat32，ext4 和 ramfs 中进行具体实现。

如果有对于 starry 或 axvisor 特有的结构或接口，可以通过 feature （monolithic & hypervisor）控制。

代码组织

axfs/
├── src/
│   ├── lib.rs          # 模块入口和初始化
│   ├── api/            # 高级API接口
│   │   ├── mod.rs      # API模块导出
│   │   ├── file.rs     # 文件操作API
│   │   └── dir.rs      # 目录操作API
│   ├── fs/             # 具体文件系统实现
│   │   ├── mod.rs      # 文件系统模块导出
│   │   ├── ramfs.rs    # RAM文件系统
│   │   ├── fatfs.rs    # FAT文件系统接入层
│   │   └── ext4fs.rs   # EXT4文件系统接入层
│   ├── lib.rs          # 模块入口和初始化
│   ├── fops.rs         # 底层文件系统操作
│   ├── root.rs         # 根目录和挂载管理
│   ├── mounts.rs       # 文件系统挂载实现
│   ├── partition.rs    # 磁盘分区管理
│   ├── dev.rs          # 设备抽象层
│   └── test/           # 单元测试
│        ├── test1.rs   # 单元测试1
│        └── test2.rs   # 单元测试2
└── Cargo.toml

模块说明

• lib.rs：文件系统模块的入口点，负责初始化和导出公共接口
• api/：提供高级文件操作 API，包括文件和目录操作
• fops.rs：实现底层文件系统操作，是 VFS 和具体文件系统之间的桥梁
• root.rs：管理根目录和全局挂载点
• mounts.rs：实现文件系统的挂载和卸载逻辑
• dev.rs：设备抽象层，提供统一的设备访问接口
• fs/：包含各种具体文件系统的实现
• partition.rs：处理磁盘分区识别和管理
• test/：文件系统的单元测试

依赖关系

任务地图

• 实现统一的虚拟文件系统 axvfs ✨
• 接入axvfs (修改具体文件系统实现和上层api) ✨
• 单元测试用例 ✨
• 考虑多磁盘情况 ✨
• 不依赖arceos的block_dev，改为rdif-block的接口 ✨
• 在具体文件系统之外，实现块设备的缓存 ✨

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如何定义组件

1. 高内聚，低耦合：

• 每个组件应当聚焦于单一功能或职责，避免冗余功能。
• 组件间的依赖关系尽可能简单，避免强耦合。

2. 接口优先设计：

• 组件间的通信应当通过明确的接口（API）完成，而非直接共享实现。
• 每个组件应该通过公开的接口与其他组件交互，并隐藏内部实现细节。
• 每个组件仅开放 lib.rs 或者 api

3. 模块化和可测试性：

• 组件应当设计成独立的模块，方便单元测试和集成测试。
• 为每个组件提供清晰的测试接口和自动化测试。

4. 文档与注释

• 组件应当有完整的文档介绍组件的设计和实现
• 代码中配备完整的注释