SimpleFS - 简单测试文件系统

概述

SimpleFS 是一个轻量级的只读文件系统，用于测试和调试。文件系统镜像在编译时嵌入到内核中，启动时加载到RamDisk。

主要特点:

• 编译时嵌入：镜像作为静态数据包含在内核中
• 快速启动：无需外部文件系统
• 测试友好：提供一致的测试环境
• 只读：不支持修改

镜像格式

镜像结构

+------------------+
| Header (512B)    |
| - Magic: RAMDISK |
| - File count     |
+------------------+
| File Entry 1     |
| - Header (32B)   |
| - Name (aligned) |
| - Data (aligned) |
+------------------+
| File Entry 2     |
| ...              |
+------------------+

文件条目格式

#![allow(unused)]
fn main() {
struct FileEntry {
    magic: u32,           // 0x46494C45 ("FILE")
    name_len: u32,        // 文件名长度
    data_len: u32,        // 数据长度
    file_type: u32,       // 0=文件, 1=目录
    mode: u32,            // 权限位
    // 之后是name（4字节对齐）
    // 之后是data（512字节对齐）
}
}

构建流程

build.rs 脚本

#![allow(unused)]
fn main() {
// build.rs
fn build_simple_fs() {
    let out_dir = env::var("OUT_DIR").unwrap();
    let image_path = format!("{}/simple_fs.img", out_dir);
    
    // 创建镜像
    create_ramdisk_image(&image_path, "user")?;
    
    // 设置环境变量供include_bytes!使用
    println!("cargo:rustc-env=SIMPLE_FS_IMAGE={}", image_path);
}
}

嵌入到内核

#![allow(unused)]
fn main() {
// fs/mod.rs
static SIMPLE_FS_IMAGE: &[u8] = include_bytes!(env!("SIMPLE_FS_IMAGE"));

pub fn init_simple_fs() -> Result<(), FsError> {
    // 从静态数据创建RamDisk
    let ramdisk = RamDisk::from_bytes(
        SIMPLE_FS_IMAGE.to_vec(),
        512,  // 块大小
        0     // 偏移
    );
    
    // 加载SimpleFS
    let simplefs = SimpleFs::from_ramdisk(ramdisk)?;
    
    // 挂载为根文件系统
    MOUNT_TABLE.mount(
        Arc::new(simplefs),
        "/",
        MountFlags::empty(),
        Some(String::from("ramdisk0")),
    )?;
    
    Ok(())
}
}

使用场景

测试环境

#![allow(unused)]
fn main() {
#[test]
fn test_with_simplefs() {
    init_simple_fs().unwrap();
    
    // 测试文件系统操作
    let content = vfs_load_file("/bin/hello").unwrap();
    assert_eq!(content, b"Hello, World!");
}
}

预加载用户程序

# 将用户程序添加到镜像
cp user/target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/init user/
cp user/target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/sh user/bin/

# 重新构建内核（会自动重建镜像）
make build

添加文件到镜像

方式1：修改构建脚本

#![allow(unused)]
fn main() {
// build.rs
let files = vec![
    ("bin/init", "user/target/.../init"),
    ("bin/sh", "user/target/.../sh"),
    ("etc/rc", "scripts/rc"),
];

for (dest, src) in files {
    add_file_to_image(&mut image, src, dest)?;
}
}

方式2：使用目录

#![allow(unused)]
fn main() {
// build.rs
// 将整个目录添加到镜像
add_directory_to_image(&mut image, "user", "/")?;
}

限制

1. 只读: 运行时无法修改
2. 大小限制: 镜像过大会增加内核体积
3. 重启丢失: 运行时的修改不会保存

对比：SimpleFS vs Ext4

相关资源

• 源代码: os/src/fs/simple_fs.rs
• 构建脚本: os/build.rs
• FS模块概览