Lab 016 · ext2 SMP-safe 验证:block_buf_ 替换痕迹 + 双参重载

对应 document/book/08-filesystem/016/。验证档 B 档:race 修复是内部重写、这次没搭 host 上的 TSAN 确定性回归,lab 靠「跑 run-kernel-test 全绿 + grep 验收替换痕迹 + 读双参重载注释」三步,亲手确认「block_buf_ 在 SMP 路径上已被 per-call KmBuf 替换干净,且整体没回归」。不改代码——把「block_buf_ 还该出现在哪儿」的判断内化成能自己说出来的纪律。

目标

确认四件事:

1. 整体没回归:跑 run-kernel-test,确认全绿(给命令、给预期数字,不给答案);
2. block_buf_ 不再出现在 SMP 路径:在 libs/ext2/ 下 grep block_buf_,预期只在「成员声明 + init 期使用 + 几处 NOT SMP-safe 注释」里出现,真正并发路径的文件(ext2_inode.cpp、ext2_metadata.cpp、ext2_directory.cpp、ext2_dirops.cpp、ext2_extent.cpp 的调用方)里不应有裸 block_buf_ 读写,只应有 KmBuf 或传入的 scratch 指针;
3. 双参重载 + 单参留 init:打开 ext2.hpp 找 read_block/write_block/zero_and_write_block 的单参+双参对,读注释确认单参版被明确标注「NOT SMP-safe; SMP uses the dst/src overload」,单参版的实现委托 block_buf_;
4. 能说出「block_buf_ 还该出现在哪些地方才安全」:把上面 grep 到的「该出现的 3-5 处」和「不该出现的」各列出来,这是把迁移纪律内化的练习。

步骤

1. 编 + 跑 run-kernel-test,确认全绿

cmake --build build -j$(nproc) 2>&1 | grep -iE 'ext2|Built target big_kernel_test' | head
cmake --build build --target run-kernel-test 2>&1 | grep -aE 'EXT2|Tests:' | tail -20

应看到 libs/ext2/ 下的文件都编了,机制测里 ext2 相关用例 [PASS],末尾 Tests: 那行是「全 passed, 0 failed」(具体数字看实际输出,别照抄章节——那是验证证据不是固定战绩,跑出来是多少就是多少)。

这一章没搭 host 上的 TSAN 回归(见章节边界),所以 lab 不跑 TSAN,race 的确定性回归是缺的——全绿只证明「没回归」,不证明「race 被确定性根治」。这是真实的测试缺口,要心里有数。

2. grep 验收 block_buf_ 替换痕迹

grep -rn 'block_buf_' libs/ext2/

先自己判一遍,再对照下面的预期。该出现的地方(约这么几类):

• 成员声明:ext2.hpp 里 uint8_t block_buf_[4096]; 那一行(章节主线一已贴);
• init 期使用:ext2_init.cpp 里 read_block(block_num, block_buf_)(单参版委托)、mount() 里读 superblock / BGDT 那几处直写 block_buf_(章节主线三已贴,挂载时单线程);
• 注释:ext2.hpp 头文件里 NOT SMP-safe 注释、ext2_common.hpp 的 KmBuf 文档、ext2_common.cpp / ext2_inode.cpp 里解释「为什么不用 block_buf_」的注释。

不该出现的地方:SMP 路径文件里裸的 block_buf_ 读写。具体说:

grep -nE 'block_buf_\b' libs/ext2/ext2_inode.cpp libs/ext2/ext2_metadata.cpp \
                   libs/ext2/ext2_directory.cpp libs/ext2/ext2_block.cpp \
                   libs/ext2/ext2_dirops.cpp libs/ext2/ext2_links.cpp

(也可以直接 grep -rn 'block_buf_\b' libs/ext2/ 一次性扫整个库,覆盖更全。)预期:这几个文件里 block_buf_ 只出现在注释里(解释为什么不用),不应出现在「read_block(x, block_buf_) / memcpy(..., block_buf_, ...)」这种真读写里。真读写应该是 KmBuf 对象的 .get() / .data(),或者函数参数传进来的 scratch / dst / src 指针。

3. 把「该出现」和「不该出现」各列出来

拿张纸(或者文本文件),把第 2 步 grep 到的每一处 block_buf_ 归类:

• 该出现(安全):写明它是「成员声明 / init 期单线程 / 纯注释」中的哪一类,为什么安全;
• 不该出现(残留 race):如果有任何一处是 SMP 路径文件里的裸读写,记下来——那就是一个漏迁的调用点,一个还留着的 race。

如果判下来「该出现的」是 3-5 类、「不该出现的」是 0 处,就跟章节的迁移结论一致。这一步的目的是形成肌肉记忆:看到 block_buf_,第一反应是问「这是 init 期还是 SMP 路径?」——这是把迁移纪律从「章节里读到的」变成「自己能执行的」的关键一步。

4. 读双参重载,确认单参版被明确标注 + 委托 block_buf_

打开 ext2.hpp 找这三对:

• read_block(uint32_t) 单参 + read_block(uint32_t, void* dst) 双参(约 ext2.hpp:120-123);
• write_block(uint32_t) 单参 + write_block(uint32_t, void* src) 双参(约 ext2.hpp:129-139);
• zero_and_write_block(uint32_t) 单参 + zero_and_write_block(uint32_t, void* src) 双参(约 ext2.hpp:141-144)。

逐对确认两件事:

• 单参版的注释里写了 NOT SMP-safe; SMP uses the dst/src overload(或等价表述)——这是「写死边界」的信号,告诉后来的读者这块只能单线程用;
• 单参版的实现(在 ext2_init.cpp 约 47-89 行)是 return read_block(block_num, block_buf_); 这种委托 block_buf_ 的形态——也就是说单参版就是「用共享 buffer 的那版」,init 期之外没人该再调它。

然后回答一个问题(写下来,这是 lab 的交付物之一):

为什么单参版不直接删掉? 提示:章节主线三讲了两条理由——一条是「init 期还在用、用得合理」,另一条是「大调用面 race 修复的标准姿势」。把这两条用自己的话写一遍,再想一个第三条(比如:删掉会怎样、留下加注释又怎样)。

5.(可选)看一个 SMP 路径的 KmBuf 用法,确认「出作用域自动 kfree」

挑一个调用方,比如 Ext2FileOps::read 里的 KmBuf scratch:

grep -nA3 'KmBuf scratch' libs/ext2/ext2_common.cpp | head

应看到 KmBuf scratch(4096); 后面紧跟 if (!scratch) return ...IOError;——这就是 operator bool 查 OOM 的用法(kmalloc 可能失败,不能假设成功)。再翻到函数结尾,确认没有手写的 kfree——KmBuf 的析构在出函数作用域时由编译器自动调。这是 RAII 的核心收益:消除共享 + 不用记着 free,两件事一次解决。

范围与边界

• 不搭 host TSAN:这次没搭 host 上的确定性竞态回归(host test 基建有预存债,test_ext2_ops 这个 target 因为 #include "fs/ext2/ext2_types.hpp" 还指向搬家前的旧路径而编不过),这是章节诚实边界里写明的测试缺口。lab 只验「逻辑上 block_buf_ 已替换干净 + run-kernel-test 没回归」,不验「race 被确定性根治」。
• 不要求改代码:B 档验证型。lab 的体力活在「grep + 判断 + 写归类」,不在「动代码」——迁移已经做完,要做的是验收。
• 「该出现的 3-5 处」是范围不是精确数字:具体几处取决于怎么归类(比如 init 期的 superblock 读和 BGDT 读算一处还是两处)。判对了「为什么这里安全」比数对了几处更重要。
• truncate shrink-only leak 不在本 lab:那是已知 hobby-os 式 leak(read 不超过 i_size 所以非正确性问题),跟 race 修复是两件事,lab 不验。