从零写OS（三十六）：ext2 写操作 —— 文件创建、引用计数与 tty 字符设备

Fri, 22 May 2026 07:00:00 +0000

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）。

从零写OS（二十七）：字符设备 —— /dev/null 和 /dev/zero

Thu, 14 May 2026 07:00:00 +0000

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()。

字符设备 on 大飞的博客