今天，笔者要设计一个类似ext2的文件系统CFS (cunix file-system)，在https://github.com/pengruiyang-cpu/rlib上的cfs.c和cfs.h。

设计

不管啥样的文件系统，他都是由这几个部分组成的：
* 启动区
* 超级块
* 根目录
* 数据区

(NTFS, FAT系列文件系统将超级块放到了启动区内)

所以，咱们就一个个的分析，一个个设计吧。

启动区 + 超级块

CFS的启动区就放在超级块的前512个字节里头，里面只放了代码，文件系统的全部信息都存储在超级块4096字节中。他们分别是（参考了Minix FS）：
* 启动区（512字节）
* 魔数 （1328E3B）
* 块数量（一块是4096字节，4KB）
* 块位图的块号码
* 根目录的块号码
* 保留（可能作为loader，3568字节）

需要特别说明的是第二个魔数，研究过Linux的应该能想到magic这个单词，Linux中reboot的magic是他的生日，他大女儿的生日和他二女儿三女儿的生日，CFS中这个字段必须位1328E3B，否则在进行挂载的时候会警告。
这里面的块位图和根目录都只是指他们的块号码，并不是保存在这里。

好了，还有什么吗？对，还有这个讨厌的'保留'。所谓保留就是说不知道怎么用了，留着以后用吧。
但在CFS里面，保留这个地方笔者打算放loader，因为笔者觉得这里放的下，要是保存成文件就太浪费资源了，这是笔者尤其讨厌的。

目录与i-node的格式

目录和inode都是UNIX系文件系统中不可或缺的东西，目录用来保存inode，inode用来保存文件的信息。inode被笔者设计的极其小（仅仅只有32字节！），这是笔者的一个习惯吧，用速度换空间。

• inode位图




• inode们（固定为4096个，以后更改）




• 文件名称




• 保留（又是这家伙儿，烦人，迟早给你用了）

目录没什么好说的，里面只有几个东西，但是有点儿大。保留的东西是为了凑齐一块，否则得用软件逻辑实现，镇南首，索性扔在这儿吧。

inode就有好说的了，他可是少而精，不想某文件系统多而烂，运行慢，装的满……
* inode号码（用来索引文件名）
* 模式（具体见cfs.h）
* 占用的块数量（如果是pointer指针文件，则指向被指向inode的块号码）
* 到上一个块的距离
* 第一间接块
* 第二间接块
* 第三间接块
* 保留（8字节）

模式这个东西只用了2字节，不像ext2用了unsigned int4个字节。
至于到上一个块的距离这个笔者就要说说了，因为unsigned int最大只有4GB（这直接导致老版本ext2只能保存4GB文件），所以笔者用他保存块数量，然后(块数量 * 4096 + 到上一个块的距离)就是文件大小。
间接块这玩意儿是ext2就有的老东西了，但是笔者没有用直接块，这是为了“节省空间”（为节省60字节而使用一个块？）

比如，你把第一个数据块保存到了块1234，第一间接块的第一个就是1234，inode的第一间接块就是第一间接块的块号码。

第二间接块中保存的就是(4096 / 4 = 1024)个第一间接块（笔者还没来得及实现，不过第一间接块暂时够用了，他可以撑4MB的文件），第三间接块就是1024个第二间接块。
照这样算，第一间接块可以保存1024 * 4096 = 4096KB = 4MB的文件，第二间接块可以保存1024 * 4096 * 1024 = 4GB的文件，第三间接块就可以保存1024 * 4096 * 1024 * 1024 = 4TB的文件，笔者家的硬盘加起来还只有他的1/4，可以够用50年了。

代码

接下来，咱们来搞一搞笔者几个月来写的这堆代码。

程序入口: main(argc, argv)

程序的入口是大家很熟悉的main函数（是不是有点失望没用汇编写……），他干的事情如下：
* 打开 设备文件
* 解析 命令行
* 如果 命令行 令 格式化
调用 cfs_format格式化设备为CFS

• 否则
  调用 cfs_init挂载磁盘

调用 cfs_create创建文件newfile.txt
写入 newfile.txt
读取 newfile.txt

很简单，而且没有涉及到一点点技术，笔者就直接懒得说了。

格式化: cfs_format(fd)

格式化函数叫做cfs_format，他其实很简单，就是获取设备信息，然后写入到超级块。
* 获取设备大小
* 写入 超级块
* 写入 块位图
* 初始化 根目录

关于初始化根目录这一块儿（cfs.c 121 - 175），笔者要说一点。当inode = 2的时候，笔者怎么调用cfs_write_block都无法写入（准确说，写入后无法读取），使用inode 3就可以，一点问题也没有。所以，笔者就索性创建了新文件zero来替代/dev/zero。

然后，就很简单了，没得说了（其实是笔者有点儿累了）

挂载: cfs_init(fd)

这个函数其实不牵扯到内核的挂载，只是起了这个听起来好听的名字而已，其实就是将文件系统的数据读取出来罢了。

哀，懒得说了，大家自己看吧，只要把数据按顺序读取出来就好了。

同步: cfs_writeback(fd)

这个函数和sync函数差不多，都是同步文件系统，也就是将内存中的数据写入，刚好是cfs_init的反操作。

创建: cfs_create(dir, filename, mode)

创建文件的函数没有叫做creat，而是叫做正常的名字create，他干了这些事情：
* 寻找 空闲的inode号码
* 写入 inode

写入: cfs_write_block(fd, inode, block_pos, buffer, size)

终于有个有难度的函数了。
这个函数用来写入文件，和unistd.h中的系统调用write原型差不多，他干的事情看起来很简单：
* 判断 应该写入第几间接块
* 如果 第一间接块
1. 如果 第一次使用第一间接块
1. 初始化 inode->第一间接块指针

2. 初始化 第一间接块的索引
3. 读取 第一间接块
4. 令 第一间接块 的 第一间接块的索引 个 为 空闲块
5. 写入 第一间接块
6. 写入 数据块

首先，第一间接块的索引就是第几个块（block_pos）。
写入第一间接块和数据块的顺序可以换，但是笔者觉得这样顺手，就写成这样了。

写入，笔者都是用的包装函数write_block，读取也都是read_block。这两个函数干的事儿差不多。
* 保存 当前文件位置
* 令 当前文件位置 为 块号码
* 写入/读取 数据
* 还原 当前文件位置

读取: cfs_read_block(fd, inode, block_pos, buffer, size)

这里的size和上面cfs_write_block不太一样，这里是指最大，应该写作max_size的，可能是笔者大意了。

• 判断 应该读取第几间接块




• 如果 第一间接块
  




1. 初始化 第一间接块的索引




2. 读取 第一间接块




3. 读取 数据块

怎么结尾儿呢，还是老话吧。

你学会了吗？