Module file 

文件抽象层 - VFS 会话层接口

该模块定义了统一的文件操作接口 File trait，支持普通文件、管道、字符设备等多种文件类型。 所有打开的文件以 Arc<dyn File> 形式存储在进程的文件描述符表中。

架构定位

VFS 采用两层设计：

• 会话层: File trait - 维护会话状态（offset、flags），有状态操作
• 存储层: Inode trait - 提供无状态的随机访问

为什么分离会话层和存储层?

同一个文件可以被多次打开或 dup，每次打开都需要独立的会话状态（如 offset）， 但它们共享相同的底层存储（Inode）。这种设计支持：

• dup 语义: 复制的文件描述符共享 offset
• 硬链接: 多个路径指向同一个 Inode
• fork 继承: 父子进程共享文件表

进程 A: fd[3] ──┐
                ├──> Arc<RegFile> { offset: 100 }
进程 A: fd[4] ──┘          │
                           ▼
                      Arc<Dentry>
                           │
                           ▼
                      Arc<Inode> ←─── 进程 B: fd[5] -> Arc<RegFile> { offset: 200 }

实现类型

• RegFile - 普通文件，基于 Inode，支持 seek
• PipeFile - 管道，环形缓冲区，流式设备
• StdinFile / StdoutFile / StderrFile - 标准 I/O
• CharDevFile - 字符设备文件（串口、终端等）
• BlkDevFile - 块设备文件（磁盘等）

设计特点

可选方法

File trait 中的许多方法提供了默认实现（返回 NotSupported）， 允许不同文件类型只实现自己支持的功能：

• lseek(): 仅 RegFile 和 BlkDevFile 支持
• get_pipe_size(): 仅 PipeFile 支持
• ioctl(): 仅设备文件支持

原子操作

RegFile 使用 AtomicUsize 管理 offset，支持无锁并发读写：

线程 1: read() -> fetch_add(n)
线程 2: read() -> fetch_add(m)  // 并发安全

使用示例

use vfs::{vfs_lookup, RegFile, OpenFlags, File};
use alloc::sync::Arc;

// 1. 创建 File 对象
let dentry = vfs_lookup("/etc/passwd")?;
let file: Arc<dyn File> = Arc::new(
    RegFile::new(dentry, OpenFlags::O_RDONLY)
);

// 2. 读取数据
let mut buf = [0u8; 1024];
let n = file.read(&mut buf)?;

// 3. 检查文件属性
assert!(file.readable());
assert!(!file.writable());

// 4. 获取元数据
let metadata = file.metadata()?;
println!("文件大小: {}", metadata.size);

Traits

File

文件操作的统一接口