Lab 010 · DevFS 验证

对应 document/book/08-filesystem/010/。验证档 A 档:这一章交付的是 /dev 真挂上、ls /dev 见设备、读写触发设备行为。核心逻辑靠 host 单测 + kernel 内测试罩,boot 真挂 /dev 靠 make run 冒烟(因为 test kernel 不走 boot 的 devfs::init())。

目标

确认六件事:

1. device inode 是 InodeOps 子类:Null/Zero/Console/Dir 四个,基类接口一行不动;
2. 设备号收进 ops 子类(st_rdev 由 stat() override 填,不加 Inode 字段);
3. CharSink 解耦:console 设备只认 CharSink,内核注入真串口、host 注入 mock,核心逻辑 host 可测;
4. 三个基础节点行为对:null(1:3 写丢/读 EOF)、zero(1:5 读零/写丢)、console(写打串口);
5. boot 真挂 /dev:make run 见 [DEVFS] mounted,ls /dev 见 null/zero/console;
6. §14 文件 gate:devfs.cpp(host 可链)与 devfs_init.cpp(kernel-only)分离,源码零 #ifdef。

步骤

1. host 单测:核心逻辑

./build/test/test_devfs

应看到 19 passed, 0 failed。十九个 case 罩的是核心:mount 建三节点、lookup("null"/"zero"/"console") 命中对的 inode、null 读 EOF 写丢、zero 读零写丢、console write 走 mock sink(断言字节对)、stat 填对 st_rdev/st_mode、/dev 目录 readdir 列节点、mount 幂等(重复不累加)。这层靠 CharSink 解耦——mock sink 让 console 派发在 host 可断言。

2. device inode:InodeOps 子类

sed -n '47,130p' kernel/fs/devfs.cpp

应看到匿名 namespace 里四个 class XxxDevOps : public InodeOps:NullDevOps(read 返 0=EOF,write 返 count 假装全写)、ZeroDevOps(read memset 零,write 丢)、ConsoleDevOps(持 CharSink*,write 调 sink_->write)、DevDirOps(/dev 目录的 readdir)。注意每个的 stat() override 填 st_rdev = devfs_makedev(major, minor)(null 1:3、zero 1:5)和 st_mode = kSIfChr|0666。

确认基类接口没动:

grep -nE "virtual.*read|virtual.*write|virtual.*stat|class InodeOps" kernel/fs/inode.hpp | head

InodeOps 的虚函数签名跟 ext2/ramdisk 用的是同一套——DevFS 只加子类,没改基类。这就是「加新文件类型不动基类」的并行栅栏。

3. CharSink 解耦

sed -n '57,66p' kernel/fs/devfs.hpp

应看到 class CharSink(纯虚 write(buf, count) → ErrorOr<int64_t>)。再看内核注入的真 sink:

sed -n '34,55p' kernel/fs/devfs_init.cpp

应看到 SerialConsoleSink : public CharSink(write 转成 COM1 逐字节 putc,照 kprintf 的 serial sink)+ 静态 g_devfs_sink / g_devfs{&g_devfs_sink}。核心(devfs.cpp)只认 CharSink*,不知道背后是串口;真串口依赖被隔离在 devfs_init.cpp(kernel-only)。host 单测注入 mock sink,所以 host 能链 devfs.cpp 而不碰 Serial。

4. §14 文件 gate

grep -rnE "#ifdef|#ifndef" kernel/fs/devfs.cpp kernel/fs/devfs_init.cpp | head

应看到两个文件里都没有 #ifdef CINUX_HOST_TEST 之类的条件编译。能不能 host 链是 CMake 决定的:devfs.cpp 进 host 测,devfs_init.cpp(kernel-only)不进。源码零 #ifdef,这是「同一特性按 host-可链拆两文件」的 §14 套路。确认 CMake 的分流:

grep -nE "devfs" kernel/fs/CMakeLists.txt kernel/CMakeLists.txt

应看到 devfs.cpp 进 big_kernel_common(内核 + host 都链),devfs_init.cpp 只进 kernel target(不进 host)。

5. boot:挂上 /dev

sed -n '49,49p' kernel/proc/init.cpp

应看到 ext2 挂 / 之后调 cinux::fs::devfs::init()(boot 装配一行)。看 init 干了啥:

sed -n '55,70p' kernel/fs/devfs_init.cpp

应看到 devfs::init():g_devfs.mount()(建标准节点)+ vfs_mount_add("/dev", ...)(注册到 VFS mount 表)。

冒烟(这一步 test kernel 罩不到,要起真内核):

cmake --build build --target run

boot 序列应打 [VFS] ext2 mounted at / → [DEVFS] mounted at /dev (3 nodes)。进 shell 后:

• ls /dev 见 null、zero、console;
• echo hi > /dev/null(null 吃掉,不报错);
• head -c 4 /dev/zero | xxd(读出 00000000,zero 给零)。

6. kernel 内 test_devfs

cmake --build build --target run-kernel-test 2>&1 | grep -iE "devfs" | head

应看到 test_devfs::test_null_read_eof 等七项 PASS——内核态跑同一套核心逻辑,证它在内核环境也对(boot 接线那部分 test kernel 不走,这里不覆盖)。

两腿汇总:

cmake --build build --target run-kernel-test-all 2>&1 | grep -E "Tests: 9[0-9][0-9] passed" | tail -1

应看到单核 + -smp 2 两腿各 976 passed, 0 failed。

验收清单

• [ ] ./build/test/test_devfs 报 19 passed。
• [ ] devfs.cpp:47 起 Null/Zero/Console/Dir 四个 InodeOps 子类;inode.hpp 的 InodeOps 虚函数签名没动(只加子类)。
• [ ] 各子类 stat() override 填 st_rdev = devfs_makedev(major,minor)(null 1:3、zero 1:5)+ st_mode = kSIfChr|0666;Inode 结构体没加字段。
• [ ] devfs.hpp:57 CharSink 接缝;devfs_init.cpp:34 SerialConsoleSink 注入;host 测注入 mock → console 派发 host 可断言。
• [ ] devfs.cpp / devfs_init.cpp 零 #ifdef;CMake 把 devfs_init.cpp 排除出 host 测。
• [ ] make run 见 [DEVFS] mounted at /dev (3 nodes);ls /dev 见 null/zero/console;两腿 976/0。

别做这些

• 别以为 run-kernel-test 验了「boot 挂 /dev」——test kernel 走 main_test.cpp,不调 devfs::init()。boot 真挂 /dev 要 make run 起真内核看 [DEVFS] mounted。run-kernel-test 只证 devfs_init.cpp link 进 test kernel 没破 + 核心/kernel test_devfs 逻辑对。
• 别以为 /dev/console 能读——这一章只接了写(到串口)。读(接 062 console TTY 的真 stdin)、/dev/tty、PTY 是 TTY Phase 2 的事。/dev/null//dev/zero 是完整的,console 这半先把写做对。
• 别以为能用户态 mknod 造设备——设备是 boot 时 mount() 预建的固定三个(null/zero/console)。mknod、动态设备节点留后面。
• 别给 Inode 加 st_rdev 字段——设备号收在 ops 子类的 stat() override 里。改基类字段会让所有 InodeOps 子类(ext2/ramdisk/DevFS)都跟着动,破坏并行。这是「加东西靠子类不动基类」的纪律。
• 别把 16 个 DevNode 槽当限制——那是基础节点够用的数,要做更多设备(PTY 那一堆 /dev/pts/N)再扩。