程序 12-2 linux/fs/bitmap.c 1 /* 2 * linux/fs/bitmap.c 3 * 4 * (C) 1991 Linus Torvalds 5 */ 6 7 /* bitmap.c contains the code that handles the inode and

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1 程序 12-2 linux/fs/bitmap.c 1 /* 2 * linux/fs/bitmap.c 3 * 4 * (C) 1991 Linus Torvalds 5 */ 6 7 /* bitmap.c contains the code that handles the inode and block bitmaps */ /* bitmap.c 程序含有处理 i 节点和磁盘块位图的代码 */ 8 #include <string.h> // 字符串头文件 主要定义了一些有关字符串操作的嵌入函数 9 // 这里使用了其中的 memset() 函数 10 #include <linux/sched.h> // 调度程序头文件, 定义任务结构 task_struct 任务 0 数据 11 #include <linux/kernel.h> // 内核头文件 含有一些内核常用函数的原形定义 12 //// 将指定地址 (addr) 处的一块 1024 字节内存清零 // 输入 :eax = 0;ecx = 以长字为单位的数据块长度 (BLOCK_SIZE/4);edi = 指定起始地 // 址 addr 13 #define clear_block(addr) \ 14 asm ("cld\n\t" \ // 清方向位 15 "rep\n\t" \ // 重复执行存储数据 (0) 16 "stosl" \ 17 ::"a" (0),"c" (BLOCK_SIZE/4),"D" ((long) (addr)):"cx","di") 18 //// 把指定地址开始的第 nr 个位偏移处的比特位置位 (nr 可大于 32!) 返回原比特位值 // 输入 :%0 -eax( 返回值 );%1 -eax(0);%2 -nr, 位偏移值 ;%3 -(addr),addr 的内容 // 第 20 行定义了一个局部寄存器变量 res 该变量将被保存在指定的 eax 寄存器中, 以便于 // 高效访问和操作 这种定义变量的方法主要用于内嵌汇编程序中 详细说明参见 gcc 手册 // 在指定寄存器中的变量 整个宏定义是一个语句表达式, 该表达式值是最后 res 的值 // 第 21 行上的 btsl 指令用于测试并设置比特位 (Bit Test and Set) 把基地址 (%3) 和 // 比特位偏移值 (%2) 所指定的比特位值先保存到进位标志 CF 中, 然后设置该比特位为 1 // 指令 setb 用于根据进位标志 CF 设置操作数 (%al) 如果 CF=1 则 %al =1, 否则 %al =0 19 #define set_bit(nr,addr) ({\ 20 register int res asm ("ax"); \ 21 asm volatile ("btsl %2,%3\n\tsetb %%al": \ 22 "=a" (res):"" (0),"r" (nr),"m" (*(addr))); \ 23 res;}) 24 //// 复位指定地址开始的第 nr 位偏移处的比特位 返回原比特位值的反码 // 输入 :%0 -eax( 返回值 );%1 -eax(0);%2 -nr, 位偏移值 ;%3 -(addr),addr 的内容 // 第 27 行上的 btrl 指令用于测试并复位比特位 (Bit Test and Reset) 其作用与上面的 // btsl 类似, 但是复位指定比特位 指令 setnb 用于根据进位标志 CF 设置操作数 (%al) // 如果 CF = 1 则 %al = 0, 否则 %al = 1 25 #define clear_bit(nr,addr) ({\ 26 register int res asm ("ax"); \ 27 asm volatile ("btrl %2,%3\n\tsetnb %%al": \ 28 "=a" (res):"" (0),"r" (nr),"m" (*(addr))); \ 29 res;}) 30 //// 从 addr 开始寻找第 1 个 0 值比特位 // 输入 :%0 - ecx( 返回值 );%1 - ecx(0);%2 - esi(addr) // 在 addr 指定地址开始的位图中寻找第 1 个是 0 的比特位, 并将其距离 addr 的比特位偏移 // 值返回 addr 是缓冲块数据区的地址, 扫描寻找的范围是 1024 字节 (8192 比特位 ) 31 #define find_first_zero(addr) ({ \

2 32 int res; \ 33 asm ("cld\n" \ // 清方向位 34 "1:\tlodsl\n\t" \ // 取 [esi] eax 35 "notl %%eax\n\t" \ // eax 中每位取反 36 "bsfl %%eax,%%edx\n\t" \ // 从位 0 扫描 eax 中是 1 的第 1 个位, 其偏移值 edx 37 "je 2f\n\t" \ // 如果 eax 中全是 0, 则向前跳转到标号 2 处 (40 行 ) 38 "addl %%edx,%%ecx\n\t" \ // 偏移值加入 ecx(ecx 是位图首个 0 值位的偏移值 ) 39 "jmp 3f\n" \ // 向前跳转到标号 3 处 ( 结束 ) 40 "2:\taddl $32,%%ecx\n\t" \ // 未找到 0 值位, 则将 ecx 加 1 个长字的位偏移量 "cmpl $8192,%%ecx\n\t" \ // 已经扫描了 8192 比特位 (1024 字节 ) 了吗? 42 "jl 1b\n" \ // 若还没有扫描完 1 块数据, 则向前跳转到标号 1 处 43 "3:" \ // 结束 此时 ecx 中是位偏移量 44 :"=c" ( res):"c" (0),"S" (addr):"ax","dx","si"); \ 45 res;}) 46 //// 释放设备 dev 上数据区中的逻辑块 block // 复位指定逻辑块 block 对应的逻辑块位图比特位 成功则返回 1, 否则返回 0 // 参数 :dev 是设备号,block 是逻辑块号 ( 盘块号 ) 47 int free_block(int dev, int block) 48 { 49 struct super_block * sb; 50 struct buffer_head * bh; 51 // 首先取设备 dev 上文件系统的超级块信息, 根据其中数据区开始逻辑块号和文件系统中逻辑 // 块总数信息判断参数 block 的有效性 如果指定设备超级块不存在, 则出错停机 若逻辑块 // 号小于盘上数据区第 1 个逻辑块的块号或者大于设备上总逻辑块数, 也出错停机 52 if (!(sb = get_super(dev))) // fs/super.c, 第 56 行 53 panic("trying to free block on nonexistent device"); 54 if (block < sb->s_firstdatazone block >= sb->s_nzones) 55 panic("trying to free block not in datazone"); 56 bh = get_hash_table(dev,block); // 然后从 hash 表中寻找该块数据 若找到了则判断其有效性, 并清已修改和更新标志, 释放 // 该数据块 该段代码的主要用途是如果该逻辑块目前存在于高速缓冲区中, 就释放对应的缓 // 冲块 57 if (bh) { 58 if (bh->b_count > 1) { // 如果引用次数大于 1, 则调用 brelse(), 59 brelse(bh); // b_count-- 后即退出, 该块还有人用 60 return 0; 61 } 62 bh->b_dirt=0; // 否则复位已修改和已更新标志 63 bh->b_uptodate=0; 64 if (bh->b_count) // 若此时 b_count 为 1, 则调用 brelse() 释放之 65 brelse(bh); 66 } // 接着我们复位 block 在逻辑块位图中的比特位 ( 置 0) 先计算 block 在数据区开始算起的 // 数据逻辑块号 ( 从 1 开始计数 ) 然后对逻辑块( 区块 ) 位图进行操作, 复位对应的比特位 // 如果对应比特位原来就是 0, 则出错停机 由于 1 个缓冲块有 1024 字节, 即 8192 比特位, // 因此 block/8192 即可计算出指定块 block 在逻辑位图中的哪个块上 而 block&8191 可 // 以得到 block 在逻辑块位图当前块中的比特偏移位置 67 block -= sb->s_firstdatazone - 1 ; // 即 block = block - ( s_firstdatazone -1); 68 if (clear_bit(block&8191,sb->s_zmap[block/8192]->b_data)) { 69 printk("block (%04x:%d) ",dev,block+sb->s_firstdatazone-1); 70 printk("free_block: bit already cleared\n");

3 71 } // 最后置相应逻辑块位图所在缓冲区已修改标志 72 sb->s_zmap[block/8192]->b_dirt = 1; 73 return 1; 74 } 75 //// 向设备申请一个逻辑块 ( 盘块, 区块 ) // 函数首先取得设备的超级块, 并在超级块中的逻辑块位图中寻找第一个 0 值比特位 ( 代表 // 一个空闲逻辑块 ) 然后置位对应逻辑块在逻辑块位图中的比特位 接着为该逻辑块在缓 // 冲区中取得一块对应缓冲块 最后将该缓冲块清零, 并设置其已更新标志和已修改标志 // 并返回逻辑块号 函数执行成功则返回逻辑块号 ( 盘块号 ), 否则返回 0 76 int new_block(int dev) 77 { 78 struct buffer_head * bh; 79 struct super_block * sb; 80 int i,j; 81 // 首先获取设备 dev 的超级块 如果指定设备的超级块不存在, 则出错停机 然后扫描文件 // 系统的 8 块逻辑块位图, 寻找首个 0 值比特位, 以寻找空闲逻辑块, 获取放置该逻辑块的 // 块号 如果全部扫描完 8 块逻辑块位图的所有比特位 (i >= 8 或 j >= 8192) 还没找到 // 0 值比特位或者位图所在的缓冲块指针无效 (bh = NULL) 则返回 0 退出 ( 没有空闲逻辑块 ) 82 if (!(sb = get_super(dev))) 83 panic("trying to get new block from nonexistant device"); 84 j = 8192; 85 for (i=0 ; i<8 ; i++) 86 if (bh=sb->s_zmap[i]) 87 if ((j=find_first_zero(bh->b_data))<8192) 88 break; 89 if (i>=8!bh j>=8192) 90 return 0; // 接着设置找到的新逻辑块 j 对应逻辑块位图中的比特位 若对应比特位已经置位, 则出错 // 停机 否则置存放位图的对应缓冲区块已修改标志 因为逻辑块位图仅表示盘上数据区中 // 逻辑块的占用情况, 即逻辑块位图中比特位偏移值表示从数据区开始处算起的块号, 因此 // 这里需要加上数据区第 1 个逻辑块的块号, 把 j 转换成逻辑块号 此时如果新逻辑块大于 // 该设备上的总逻辑块数, 则说明指定逻辑块在对应设备上不存在 申请失败, 返回 0 退出 91 if (set_bit(j,bh->b_data)) 92 panic("new_block: bit already set"); 93 bh->b_dirt = 1; 94 j += i* sb->s_firstdatazone-1; 95 if (j >= sb->s_nzones) 96 return 0; // 然后在高速缓冲区中为该设备上指定的逻辑块号取得一个缓冲块, 并返回缓冲块头指针 // 因为刚取得的逻辑块其引用次数一定为 1(getblk() 中会设置 ), 因此若不为 1 则停机 // 最后将新逻辑块清零, 并设置其已更新标志和已修改标志 然后释放对应缓冲块, 返回 // 逻辑块号 97 if (!(bh=getblk(dev,j))) 98 panic("new_block: cannot get block"); 99 if (bh->b_count!= 1) 100 panic("new block: count is!= 1"); 101 clear_block(bh->b_data); 102 bh->b_uptodate = 1; 103 bh->b_dirt = 1; 104 brelse(bh);

4 105 return j; 106 } 107 //// 释放指定的 i 节点 // 该函数首先判断参数给出的 i 节点号的有效性和可释放性 若 i 节点仍然在使用中则不能 // 被释放 然后利用超级块信息对 i 节点位图进行操作, 复位 i 节点号对应的 i 节点位图中 // 比特位, 并清空 i 节点结构 108 void free_inode(struct m_inode * inode) 109 { 110 struct super_block * sb; 111 struct buffer_head * bh; 112 // 首先判断参数给出的需要释放的 i 节点有效性或合法性 如果 i 节点指针 =NULL, 则退出 // 如果 i 节点上的设备号字段为 0, 说明该节点没有使用 于是用 0 清空对应 i 节点所占内存 // 区并返回 memset() 定义在 include/string.h 第 395 行开始处 这里表示用 0 填写 inode // 指针指定处 长度是 sizeof(*inode) 的内存块 113 if (!inode) 114 return; 115 if (!inode->i_dev) { 116 memset(inode,0,sizeof(*inode)); 117 return; 118 } // 如果此 i 节点还有其他程序引用, 则不能释放, 说明内核有问题, 停机 如果文件连接数 // 不为 0, 则表示还有其他文件目录项在使用该节点, 因此也不应释放, 而应该放回等 119 if (inode->i_count>1) { 120 printk("trying to free inode with count=%d\n",inode->i_count); 121 panic("free_inode"); 122 } 123 if (inode->i_nlinks) 124 panic("trying to free inode with links"); // 在判断完 i 节点的合理性之后, 我们开始利用其超级块信息对其中的 i 节点位图进行操作 // 首先取 i 节点所在设备的超级块, 测试设备是否存在 然后判断 i 节点号的范围是否正确, // 如果 i 节点号等于 0 或大于该设备上 i 节点总数, 则出错 (0 号 i 节点保留没有使用 ) // 如果该 i 节点对应的节点位图不存在, 则出错 因为一个缓冲块的 i 节点位图有 8192 比 // 特位 因此 i_num>>13( 即 i_num/8192) 可以得到当前 i 节点号所在的 s_imap[] 项, 即所 // 在盘块 125 if (!(sb = get_super(inode->i_dev))) 126 panic("trying to free inode on nonexistent device"); 127 if (inode->i_num < 1 inode->i_num > sb->s_ninodes) 128 panic("trying to free inode 0 or nonexistant inode"); 129 if (!(bh=sb->s_imap[inode->i_num>>13])) 130 panic("nonexistent imap in superblock"); // 现在我们复位 i 节点对应的节点位图中的比特位 如果该比特位已经等于 0, 则显示出错 // 警告信息 最后置 i 节点位图所在缓冲区已修改标志, 并清空该 i 节点结构所占内存区 131 if (clear_bit(inode->i_num&8191,bh->b_data)) 132 printk("free_inode: bit already cleared.\n\r"); 133 bh->b_dirt = 1; 134 memset(inode,0,sizeof(*inode)); 135 } 136 //// 为设备 dev 建立一个新 i 节点 初始化并返回该新 i 节点的指针 // 在内存 i 节点表中获取一个空闲 i 节点表项, 并从 i 节点位图中找一个空闲 i 节点 137 struct m_inode * new_inode(int dev)

5 138 { 139 struct m_inode * inode; 140 struct super_block * sb; 141 struct buffer_head * bh; 142 int i,j; 143 // 首先从内存 i 节点表 (inode_table) 中获取一个空闲 i 节点项, 并读取指定设备的超级块 // 结构 然后扫描超级块中 8 块 i 节点位图, 寻找首个 0 比特位, 寻找空闲节点, 获取放置 // 该 i 节点的节点号 如果全部扫描完还没找到, 或者位图所在的缓冲块无效 (bh = NULL), // 则放回先前申请的 i 节点表中的 i 节点, 并返回空指针退出 ( 没有空闲 i 节点 ) 144 if (!(inode=get_empty_inode())) // fs/inode.c, 第 197 行 145 return NULL; 146 if (!(sb = get_super(dev))) // fs/super.c, 第 56 行 147 panic("new_inode with unknown device"); 148 j = 8192; 149 for (i=0 ; i<8 ; i++) 150 if (bh=sb->s_imap[i]) 151 if ((j=find_first_zero(bh->b_data))<8192) 152 break; 153 if (!bh j >= 8192 j+i*8192 > sb->s_ninodes) { 154 iput(inode); 155 return NULL; 156 } // 现在我们已经找到了还未使用的 i 节点号 j 于是置位 i 节点 j 对应的 i 节点位图相应比 // 特位 ( 如果已经置位, 则出错 ) 然后置 i 节点位图所在缓冲块已修改标志 最后初始化 // 该 i 节点结构 (i_ctime 是 i 节点内容改变时间 ) 157 if (set_bit(j,bh->b_data)) 158 panic("new_inode: bit already set"); 159 bh->b_dirt = 1; 160 inode->i_count=1; // 引用计数 161 inode->i_nlinks=1; // 文件目录项链接数 162 inode->i_dev=dev; // i 节点所在的设备号 163 inode->i_uid=current->euid; // i 节点所属用户 id 164 inode->i_gid=current->egid; // 组 id 165 inode->i_dirt=1; // 已修改标志置位 166 inode->i_num = j + i*8192; // 对应设备中的 i 节点号 167 inode->i_mtime = inode->i_atime = inode->i_ctime = CURRENT_TIME; // 设置时间 168 return inode; // 返回该 i 节点指针 169 } 170