Lab 014 · VFS 地基验证:组件遍历、引用计数、inode 缓存

对应 document/book/08-filesystem/014/。验证档 B 档:地基是内部重写、没有单一用户可见新能力,lab 靠跑机制测 + 看指标验证「三块地基都按设计答」。三组测:test_syscall_ext2(符号链接 follow + 环检测)、test_sys_pipe(dup last-close EOF)、ext2 inode 缓存(别名场景)。

目标

确认四件事:

1. vfs_lookup 组件遍历 + 符号链接 follow:绝对/相对符号链接都能 follow 到目标;a→b→a 的环被判 ELOOP(跟 > 40);
2. inode 引用计数 + last-close:dup 出来的多个 fd,关到最后一个才触发 release(pipe 才发 EOF),中间关不发;
3. ext2 inode 缓存不别名:同一个 ino 多次解析拿到同一个 Inode*(堆对象地址稳定);缓存满时只驱逐 refcount==0 的;
4. inode_unref 在锁外:close 路径 detach 在 fd 表锁内、release 在锁外(看代码路径,不持锁调可能 block 的 release)。

步骤

1. 编 + 跑三组机制测

cmake --build build -j$(nproc) 2>&1 | grep -iE 'vfs_lookup|file\.cpp|ext2_inode|Built target big_kernel_test' | head
cmake --build build --target run-kernel-test 2>&1 | grep -aE 'symlink|follow|loop|pipe.*dup|last.close|Tests:' | head -20

应看到 vfs_lookup.cpp/file.cpp/ext2_inode.cpp 都编了,机制测里符号链接和 pipe dup 用例 [PASS],末尾 Tests: 1084 passed, 0 failed。

2. 验符号链接 follow + 环检测

test_syscall_ext2 里跟 vfs_lookup 一起进来的三条用例覆盖:

• 绝对符号链接 follow:/link → /target,lookup /link(带 Follow)解析到 /target 的 inode;
• 相对符号链接 follow:/dir/link → ../sibling,相对目标拼到父目录 /dir/.. = /,解析到 /sibling;
• 环检测:构造 a→b→a(或自指 a→a),lookup 返 ELOOP(-40),不挂死。

要在串口确认,临时在 vfs_lookup.cpp 的 ++depth > 40 分支加 kprintf("ELOOP depth=%u\n", depth) 重跑,能看到环路径触发了深度封顶。验完删打印。

3. 验 dup last-close EOF(引用计数的核心收益)

test_sys_pipe 的 test_sys_pipe_dup_last_close_eof:dup 一个 pipe 读端 fd 成两个,关掉一个 → 不发 EOF(对端还能写、读端还能读);再关掉第二个 → 才发 EOF。

这验的是主线二的「last-close release」:dup 让 Inode::refcount = 2,第一个 close 减到 1(没到 0,不 release),第二个 close 减到 0(才 release → pipe 内层 read_refs 到 0 → EOF)。旧代码(没引用计数)第一个 close 就发 EOF,这条测会挂。

4. 验 ext2 inode 缓存:同 ino 同指针 + 不驱逐活引用

ext2 的别名场景(章节主线三)靠 test_ext2_* 系列 + 缓存内部断言:

• 同 ino 同指针:连续两次 get_cached_inode(ino) 拿到的 Inode* 相等(同一个堆对象,不是两次 new);
• 驱逐只挑 refcount==0:这层在单线程测里不容易触发「缓存满 + 全活」,但能靠 grep 确认 get_cached_inode 的驱逐循环判的是 vfs_inode.refcount == 0:

grep -nA2 'victim_prev\|refcount == 0' kernel/fs/ext2/ext2_inode.cpp | head

应看到驱逐扫描挑的是 (*pp)->vfs_inode.refcount == 0 的条目,全活(victim_prev == nullptr)时返 nullptr + 打印「cache at cap ... cannot cache」,绝不覆盖活对象。

5.(代码路径检查)inode_unref 在锁外

主线二要求 release(可能 block)在 fd 表锁外调。确认 file.cpp 的 FDTable::close:

grep -nA15 'int FDTable::close' kernel/fs/file.cpp | grep -E 'guard|detach|delete file|inode_unref|}'

应看到模式:进 { auto g = lock_.guard(); ... detach(file/inode 出来) }(锁内只 detach)→ 锁外 delete file; inode_unref(inode);(release 在 unref 里、锁外跑)。如果 inode_unref 在锁内,block 会卡整个 fd 表——这是回归点。

范围与边界

• 地基是单核正确的;SMP 下的并发竞态(get_cached_inode 的 walk/evict/insert 要加 inode_cache_lock_、引用计数跨核原子)在隔壁并发修复弧加,本 lab 不验 SMP 压力。
• vfs_lookup 的环检测封顶 40 是 Linux MAXSYMLINKS;合法用例不会撞,撞了就是真环或恶意构造。
• ext2 inode 缓存软 cap 4096,正常工作集远小于它;「缓存满 + 全活」是容量问题(返失败),不是正确性问题。