Lab 015 · VFS 收尾验证:目录项缓存与文件锁

对应 document/book/08-filesystem/015/。验证档 A 档:punchline 是 run-kernel-test 里 run_dentry_tests + run_flock_tests 两条机制测都过——dentry cache 的命中/未命中/失效,flock 的共享并发/排他互斥/LOCK_NB 冲突返 EAGAIN。两条机制按 Linux 语义答了,VFS 的「快」(缓存)和「对」(锁)就齐了。

目标

确认四件事:

1. dentry cache 命中跳过底层:同一段 (父 inode, 名字) 第二次查走缓存、不再问文件系统;命中返回的 child 是新引用(调方 unref);
2. dentry cache 失效正确:unlink/rmdir/rename 之后对应条目失效,下次查重新走底层;
3. flock 共享 vs 排他:多个 LOCK_SH 能同时持有;LOCK_EX 互斥所有其他锁;
4. flock 非阻塞冲突:LOCK_EX|LOCK_NB 撞上已持锁返 EAGAIN,不带 LOCK_NB 才阻塞。

步骤

1. 编得过 + 测试注册进 harness

dentry/flock 源是无条件编;机制测挂在 big_kernel_test 里。先确认两份都绿、测试也注册了:

cmake --build build -j$(nproc) 2>&1 | grep -iE 'dentry|flock|Built target big_kernel_test' | head
# 确认 run_dentry_tests / run_flock_tests 在 main_test 里被调:
grep -nE 'run_dentry_tests|run_flock_tests' kernel/test/main_test.cpp

应看到 dentry.cpp/file_lock.cpp/sys_flock.cpp 都编了、无 error,且 main_test.cpp 里有 run_dentry_tests(); + run_flock_tests(); 两处调用。

2.(A 档 punchline)跑机制测看 PASS

cmake --build build --target run-kernel-test 2>&1 | grep -aE 'dentry|flock|Tests:' | head -20

串口上应看到 dentry 与 flock 的测试用例 [PASS],最后是 Tests: 1080 passed, 0 failed(本章比 077 多出 dentry + flock 两组用例)。

3. 验 dentry cache 三种行为

机制测覆盖三条,对得上章节讲的:

• 未命中→填缓存:第一次 lookup(parent, "child") 返 nullptr(未命中),触发底层 lookup_child,拿到后 add(...) 填回;DentryCache::count() 加 1。
• 命中→返回新引用:第二次 lookup(parent, "child") 直接命中,返回的 child 与第一次是同一个 Inode*,但引用计数多了一(调用方要 inode_unref 才平衡)。测里会断言「命中前后是同一指针」+「count 不再涨」。
• 失效→重新走底层:invalidate(parent, "child") 后,count 减 1,下一次 lookup 又返 nullptr(回到未命中)。

要肉眼确认,在测试运行时把 dentry.cpp 的 add/invalidate 临时加一行 kprintf 打印 count,重跑就能看到「miss→add(count+1)→hit(count 不变)→invalidate(count−1)」的节奏。验完记得删掉打印。

4. 验 flock 的冲突矩阵

机制测把冲突规则跑了一遍,重点看这几条断言:

• LOCK_SH + LOCK_SH(同 inode,不同 owner)→ 都成功(共享不互斥);
• LOCK_SH + LOCK_EX → 后者冲突;
• LOCK_EX + 任何 → 都冲突;
• 冲突 + LOCK_NB → 立刻返 EAGAIN(-1 的负数 errno);
• 冲突 + 不带 LOCK_NB → 阻塞(测试 harness 单线程,这条用「直接构造已锁状态 + 验逻辑判定」模拟,不真睡);
• LOCK_UN / close(fd) → 释放该 owner 在该 inode 上的锁,等的人能拿。

flock 的「阻塞唤醒」真要验「睡→醒」需要多任务并发(harness 单线程模拟不了真实的 schedule_blocked→wake_all 往返)。机制测验的是判定逻辑(给一个已锁状态,新来的 lock 该不该冲突、返不返 EAGAIN),这部分单线程能覆盖。真并发下的唤醒竞态在隔壁正确性弧的 race-detect 里。

范围与边界

• 本章的 dentry cache 无 LRU 淘汰(条目只增不减,除 invalidate)——测里不验淘汰,因为就没有。要加有界缓存是后续工程。
• flock 是建议锁且按 task 粗粒度释放(close 释放该任务在该 inode 上全部锁,不区分 dup 共享一个 open-file-description)——这是简化,测里不验 dup 共享语义。
• sys_mount 的块设备挂载链(mount -t 用 block_registry)本轮没回迁(依赖 GCC 自举弧的 sys_mount),所以 lab 不验「挂一块新盘」。dentry/flock 在已有的 ext2/procfs/devfs 上验,不依赖新挂载。