操作系统实验-文件系统

前言

• 用于操作系统课程的实验记录以便后续回顾
• 建议使用xshell远程连接编辑，具体可以看前文内核编译的部分
• 文中文本编辑部分使用vim，可以参考前文进程管理部分

实验操作

任务1：为 Ext4 文件系统添加扩展属性

环境准备，安装libattr

dnf install -y libattr

查看当前文件系统类型

检查当前文件系统是否支持文件扩展属性:

• 查看硬盘分区信息

fdisk -l

• 检查特定分区是否支持扩展属性

tune2fs -l /dev/sda1 | grep user_xattr

创建文件并设置扩展属性:

# 创建测试文件
touch file.txt

# 设置简单扩展属性（user命名空间）
setfattr -n user.myattr -v "simple value" file.txt

# 查看设置的属性
getfattr -d file.txt

设置八进制数属性值：

# 设置八进制值（\012表示换行符）
setfattr -n user.octal_attr -v "\012" file.txt

# 查看base64编码存储的结果
getfattr -d file.txt

设置十六进制数属性值：

# 设置十六进制值（0x0a表示换行符）
setfattr -n user.hex_attr -v "0x0a" file.txt

# 查看base64编码存储的结果
getfattr -d file.txt

设置base64编码属性值：

# 这里使用hello的编码结果aGVsbG8=
setfattr -n user.base64_attr -v "0saGVsbG8=" file.txt

# 查看存储结果
getfattr -d file.txt

使用getfatter查看不同的编码格式

# 保持原编码设置
getfattr -d file.txt

# 以text格式查看
getfattr -d -e text file.txt

# 以hex格式查看
getfattr -d -e hex file.txt

# 以base64格式查看
getfattr -d -e base64 file.txt

任务2：注册一个自定义的文件系统类型

查看当前已经注册的文件系统

cat /proc/filesystems

编写自定义文件系统模块：

文件编辑这里使用vim，创建文件并打开为 vim [文件名] ,打开后按 I 进入编辑，完成后 ESC 退出编辑，输入 :wq 保存并退出，没有下载的话yum install vim下载

• myfs.c

#include <linux/fs.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>

#define MYFS_MAGIC 0x13131313  // 自定义魔数（用于识别文件系统）

static struct file_system_type myfs_type = {
    .owner = THIS_MODULE,      // 指向当前模块
    .name = "myfs",            // 文件系统名称
    .mount = NULL,             // 挂载函数（暂不实现）
    .kill_sb = NULL,           // 卸载函数（暂不实现）
};

static int __init myfs_init(void)
{
    int ret;
    printk(KERN_INFO "Registering myfs filesystem...\n");
    
    ret = register_filesystem(&myfs_type);
    if (ret != 0) {
        printk(KERN_ERR "Failed to register myfs: %d\n", ret);
        return ret;
    }
    
    printk(KERN_INFO "myfs filesystem registered successfully!\n");
    return 0;
}

static void __exit myfs_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Unregistering myfs filesystem...\n");
    unregister_filesystem(&myfs_type);
    printk(KERN_INFO "myfs filesystem unregistered.\n");
}

module_init(myfs_init);
module_exit(myfs_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple custom filesystem");

• Makefile（注意tab）

obj-m := myfs.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)

all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

clean:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

编译源文件：

make

查看加载内核后结果

• 加载模块

sudo insmod myfs.ko

• 查看内核日志（应该能看到类似红框中的结果）

dmesg | tail -n 5

• 检查 /proc/filesystems

cat /proc/filesystems | grep myfs

卸载模块并查看结果

• 卸载模块

sudo rmmod myfs

• 查看内核日志（应该能看到类似红框中的结果）
  
• 检查 proc/filesystem
  
  没有输出,说明myfs被注销

任务3：在 /proc 下创建目录

相关代码(注意不要和上一次的代码放在同一位置):

• myproc.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/proc_fs.h>

#define PROC_DIR_NAME "myproc_dir"  // 自定义目录名

static struct proc_dir_entry *my_proc_dir = NULL;

static int __init myproc_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "Creating /proc/%s...\n", PROC_DIR_NAME);
    
    // 在 /proc 下创建目录
    my_proc_dir = proc_mkdir(PROC_DIR_NAME, NULL);
    if (!my_proc_dir) {
        printk(KERN_ERR "Failed to create /proc/%s\n", PROC_DIR_NAME);
        return -ENOMEM;
    }
    
    printk(KERN_INFO "/proc/%s created successfully!\n", PROC_DIR_NAME);
    return 0;
}

static void __exit myproc_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "Removing /proc/%s...\n", PROC_DIR_NAME);
    
    if (my_proc_dir) {
        proc_remove(my_proc_dir);  // 删除目录
        printk(KERN_INFO "/proc/%s removed.\n", PROC_DIR_NAME);
    }
}

module_init(myproc_init);
module_exit(myproc_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("Create and remove a directory in /proc");

• Makefile

obj-m := myproc.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)

all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

clean:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

编译源文件

make

加载内核查看结果

# 加载内核
sudo insmod myproc.ko

# 查看日志
dmesg | tail -n 5

# 检查/proc目录
ls /proc | grep myproc_dir

卸载模块查看结果

# 卸载模块
sudo rmmod myproc

# 查看日志
dmesg | tail -n 5

# 检查/proc目录
ls /proc | grep myproc_dir

任务4：使用 sysfs 文件系统传递内核模块参数

相关代码:

• mysysfs.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

// 定义模块参数
static int my_int = 100;
static char *my_string = "default";
static bool my_bool = true;

// 注册模块参数（使其在 /sys/module/mysysfs/parameters/ 下可见）
module_param(my_int, int, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
module_param(my_string, charp, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
module_param(my_bool, bool, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);

// 参数描述（可通过 `modinfo mysysfs.ko` 查看）
MODULE_PARM_DESC(my_int, "An integer parameter");
MODULE_PARM_DESC(my_string, "A string parameter");
MODULE_PARM_DESC(my_bool, "A boolean parameter");

static int __init mysysfs_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "mysysfs module loaded\n");
    printk(KERN_INFO "Initial values: my_int=%d, my_string=%s, my_bool=%d\n",
           my_int, my_string, my_bool);
    return 0;
}

static void __exit mysysfs_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "mysysfs module unloaded\n");
    printk(KERN_INFO "Final values: my_int=%d, my_string=%s, my_bool=%d\n",
           my_int, my_string, my_bool);
}

module_init(mysysfs_init);
module_exit(mysysfs_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("Demonstrate sysfs module parameters");

• Makefile

obj-m := mysysfs.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)

all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

clean:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

编译

make

加载模块并查看

sudo insmod mysysfs.ko
dmesg | tail -n 5
ls /sys/module/mysysfs/parameters/

修改参数并查看

• 修改参数

echo 200 | sudo tee /sys/module/mysysfs/parameters/my_int
echo -n "new_value" | sudo tee /sys/module/mysysfs/parameters/my_string
echo N | sudo tee /sys/module/mysysfs/parameters/my_bool

• 查看日志

dmesg | tail -n 10

卸载模块并查看

sudo rmmod mysysfs
dmesg | tail -n 5
ls /sys/module | grep mysysfs