练习

在先前 Lab4 和 Lab5 的基础上继续添加功能.

当前的 I/O 实现

内核目前支持的 I/O 操作仅限于标准输出的写入，通过 sys_write 系统调用实现. 该系统调用定义在 kernel/src/syscall/fs.rs 中：

// kernel/src/syscall/fs.rs
pub fn sys_write(fd: usize, buf: *const u8, len: usize) -> isize {
    match fd {
        FD_STDOUT => {
            let buffers = translated_byte_buffer(current_user_token(), buf, len);
            for buffer in buffers {
                let str = core::str::from_utf8(buffer).unwrap();
                print!("{}", str);
            }
            len as isize
        }
        _ => {
            todo!("Lab 6: implement sys_write for all file descriptors")
        }
    }
}

当用户程序调用 sys_write(1, buf, len) 时，内核将 buf 指针处长度为 len 的字节序列解释为 UTF-8 字符串，通过 print! 宏输出到控制台。print! 宏最终调用了 SBI 的 console_putchar 接口，将每个字符逐一发送到 QEMU 虚拟机的 UART 设备.

实验内容

实现 alloc_fd() 函数，实现对于 fd 文件描述符的最小分配，从 fd_table 中找到一个空闲槽位 (None)，如果找到就返回编号；如果找不到则再表尾添加一个空闲槽位并返回新槽位的索引.

// kernel/src/task/task.rs
pub fn alloc_fd(&mut self) -> usize {
    todo!("Lab 6: implement alloc_fd")
}

然后实现 sys_write, sys_read, sys_open 和 sys_close，你可以参考我们先前提到的代码样例：

pub fn sys_write(fd: usize, buf: *const u8, len: usize) -> isize {
    let token = current_user_token();
    let task = current_task().unwrap();
    let inner = task.acquire_inner_lock();
    if fd >= inner.fd_table.len() {
        return -1;
    }
    if let Some(file) = &inner.fd_table[fd] {
        let file = file.clone();
        // release Task lock manually to avoid deadlock
        drop(inner);
        ... 
    } else {
        -1
    }
}

出于简化考虑，所有错误返回值均为 -1，正确返回时返回 fd 或者 0.

对于 sys_write 和 sys_read，获取当前任务的 inner 之后，各自检查是否可写、可读. 然后将用户态缓冲区翻译成 UserBuffer 后调用文件的 write 和 read 方法.

sys_open 把路径从用户态翻译成 &str后，打开文件. 如果返回 Some(inode)，再分配描述符并存入 fd_table，返回 fd；失败返回 -1.

sys_close 获取可变 inner 后，依次判断 fd 是否越界或对应项是否为 None(两种情况都返回 -1). 合法时把文件描述符移除即可，最后返回 0.

可以使用 make test CHAPTER=6 进行本地测试. 完成后上传评测.