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（二十二）：管道 pipe 与 dup2

Thu, 14 May 2026 02:00:00 +0000

上一章实现了文件描述符，进程可以用 open/read/close 访问 ext2 文件。但两个进程之间还没有办法通信。shell pipeline cmd1 | cmd2 的本质是：cmd1 的输出直接流进 cmd2 的输入，中间不落磁盘。

这一章实现 pipe 和 dup2，打通进程间通信的最小路径。

pipe 是什么

pipe 是内核里的一块环形字节缓冲区。系统调用 pipe(fds) 返回两个文件描述符：

fds[0] = 读端    fds[1] = 写端

写进程 → fds[1] → [内核 ring buffer 256字节] → fds[0] → 读进程

和普通文件一样，管道也走 fd → VFS → 底层数据这三层，只不过底层数据不是磁盘，而是内核里的 pipe_t。

dup2 是什么

dup2(oldfd, newfd) 让 newfd 指向和 oldfd 同一个内核文件描述符，如果 newfd 已经打开则先关掉它。

shell pipeline 的核心操作就是 dup2 + exec：

// 子进程（cmd1），stdout → pipe 写端
dup2(fds[1], 1);
close(fds[0]);
close(fds[1]);
exec("cmd1");    // cmd1 以为自己在写 stdout，实际写进了管道

// 父进程（cmd2），stdin → pipe 读端
dup2(fds[0], 0);
close(fds[0]);
close(fds[1]);   // 关掉写端，否则 cmd2 永远等不到 EOF
exec("cmd2");

pipe 的 EOF 语义

read 管道什么时候返回 0（EOF）？

Dup2 on 大飞的博客