字符设备

前几章文件系统都是只读的。这一章实现 ext2 的写路径，让 echo hello > /tmp/a.txt && cat /tmp/a.txt 能正常工作，且重启后文件仍然存在。过程中还修了 fd 引用计数和 tty 字符设备两个问题。 ext2 磁盘结构回顾 块组 0: [超级块][组描述符][block bitmap][inode bitmap][inode table][数据块...] 关键字段： sb->s_free_inodes_count / gd->bg_free_inodes_count：空闲 inode 计数 sb->s_free_blocks_count / gd->bg_free_blocks_count：空闲 block 计数 gd->bg_inode_bitmap：inode bitmap 所在块号 gd->bg_block_bitmap：block bitmap 所在块号 gd->bg_inode_table：inode table 起始块号 inode 号从 1 开始；前 10 个是系统保留的（root=2，lost+found=11）。 alloc_inode / alloc_block alloc_inode uint32_t alloc_inode(void) { // 1. 读 inode bitmap 块 // 2. 找第一个为 0 的位（bit i → inode i+1） // 3. 置位，写回 bitmap // 4. 更新超级块和组描述符的 free_inodes_count // 5. 返回 inode 号（从 1 开始） } alloc_block uint32_t alloc_block(void) { // 1. 读 block bitmap 块 // 2. 找第一个为 0 的位，跳过 block 0（保留） // 3. 置位，写回 bitmap // 4. 更新超级块和组描述符的 free_blocks_count // 5. 清零新分配的块（避免垃圾数据） // 6. 返回块号 } 注意：block bitmap 的 bit 0 对应 block 0，必须跳过（block 0 不存在）。实际第一个可分配的块由文件系统布局决定（本项目中是 610）。 ...

Linux 里有个特殊目录 /dev/，里面住着各种设备文件： /dev/null ← 写什么扔什么，读永远 EOF /dev/zero ← 读出来全是 \0 /dev/random ← 读出来是随机字节 /dev/tty ← 当前终端 对用户程序来说，它们和普通文件没区别：open、read、write、close，完全一样的接口。 这一章实现字符设备（char device）框架，让 VFS 能路由 /dev/ 路径，并内置 null 和 zero 两个最基础的设备。 什么是字符设备 字符设备（character device）的特点： 按字节读写，没有块/扇区的概念 没有随机寻址（不像磁盘文件可以 seek） 读写是即时的：写进去就消失（null）或立刻可读（zero/tty） 与之对应的是块设备（block device），如硬盘，以固定大小的块为单位操作。 设备注册表 核心数据结构 cdev_t： typedef struct { char name[16]; // 设备名，如 "null"、"zero" int (*open) (void); int (*read) (void *buf, uint32_t len); int (*write)(const void *buf, uint32_t len); void (*close)(int fd); int used; } cdev_t; static cdev_t devs[CDEV_MAX]; // 全局设备表 通过函数指针实现多态——不同设备注册不同的 read/write 实现。 chardev_register 向 devs[] 添加一个设备，chardev_open 按名字查找并调用 open()。 ...