MyFS — Учебная файловая система на базе блочного устройства

Структура проекта

Linux_FS/
├── myfs.h                  # Общие определения (ядро + userspace)
├── myfs_module.c           # Модуль ядра
├── myfs_tool.cpp           # Тестовая программа (C++17)
├── Makefile                # Собирает И модуль, И утилиту
├── deploy.sh               # Скрипт загрузки / монтирования / тестирования
└── README.md

---

Архитектура диска

Сектор  sb_offset_1  │ Суперблок (копия 1) + XOR-checksum
Сектор  sb_offset_2  │ Суперблок (копия 2) + XOR-checksum
─────────────────────┼────────────────────────────────────
Сектор  data_start+0 │ file00000, сектор 0
Сектор  data_start+1 │ file00000, сектор 1
...                  │ ...
Сектор  data_start+M │ file00001, сектор 0
...

• data_start = max(sb_offset_1, sb_offset_2) + 1
• num_files = (total_sectors − data_start) / file_sectors

---

Параметры модуля

Параметр	Тип	По умолчанию	Описание
myfs_dev	charp	sdb	Блочное устройство (/dev/<myfs_dev>)
sb_offset_1	int	0	Сектор первой копии суперблока
sb_offset_2	int	1	Сектор второй копии суперблока
max_name_len	int	64	Максимальная длина имени файла
file_sectors	int	8	Число секторов на файл (M)
format	int	0	1 — отформатировать устройство при монтировании

---

Целостность суперблока

Поле checksum в struct myfs_super_block — это XOR всех 32-битных слов структуры, кроме самого поля checksum.

При монтировании:

1. Читается первичная копия (сектор sb_offset_1).
2. Проверяются magic == MYFS_MAGIC и checksum.
3. Если первичная повреждена, но резервная (sb_offset_2) исправна — используется резервная, а первичная восстанавливается из неё.
4. Если обе копии повреждены — монтирование завершается ошибкой (-EINVAL), устройство НЕ форматируется (данные не теряются). Создать ФС заново можно явно: загрузить модуль с format=1.

Так после erase (обнуление обоих суперблоков) обычный повторный mount корректно падает, а не переформатирует диск.

---

IOCTL-команды (/dev/myfs_ctl)

Команда	Описание
MYFS_IOC_ZERO_ALL	Обнулить содержимое всех файлов
MYFS_IOC_ERASE_FS	Стереть ФС (обнулить оба суперблока)
MYFS_IOC_GET_META	Вернуть массив myfs_file_info со CRC32 каждого файла
MYFS_IOC_GET_SECTOR_MAP	Вернуть myfs_sector_map для заданного файла

---

Быстрый старт

1. Сборка модуля и утилиты

# Убедитесь, что установлены заголовки ядра:
sudo apt install linux-headers-$(uname -r)

make # собирает И myfs.ko, И myfs_tool
#   make modules     # только myfs.ko
#   make tool        # только myfs_tool

2. Подготовка виртуального блочного устройства (для тестов)

# Создаём образ 10 МБ
dd if=/dev/zero of=/tmp/myfs.img bs=1M count=10

# Прикрепляем как loop-устройство
sudo losetup /dev/loop0 /tmp/myfs.img

3. Загрузка модуля

# Устройство loop0, суперблок на секторах 0 и 1, файлы по 4 сектора.
# format=1 — создать ФС заново (нужно при первом использовании устройства).
sudo insmod myfs.ko myfs_dev=loop0 sb_offset_1=0 sb_offset_2=1 \
     max_name_len=32 file_sectors=4 format=1

4. Монтирование

sudo mount -t myfs none /mnt
ls /mnt         # должны появиться файлы вида file00000, file00001, …

5. Тестирование

# Записывает случайное число в каждый файл и читает обратно
sudo ./myfs_tool test /mnt

# IOCTL-команды
sudo ./myfs_tool metadata /mnt
sudo ./myfs_tool sectormap file00003
sudo ./myfs_tool zero
sudo ./myfs_tool erase

6. Размонтирование и выгрузка

sudo umount /mnt
sudo rmmod myfs
sudo losetup -d /dev/loop0

Использование deploy.sh (всё вместе)

chmod +x deploy.sh

# Полный цикл на loop0 с параметрами по умолчанию (load выполняет format=1):
sudo ./deploy.sh full loop0

# Или пошагово (format=1 в 7-м аргументе load — создать ФС):
sudo ./deploy.sh load  loop0 0 1 32 4 1
sudo ./deploy.sh mount /mnt
sudo ./deploy.sh test  /mnt
sudo ./deploy.sh status
sudo ./deploy.sh umount /mnt
sudo ./deploy.sh unload

# Проверка сценария erase (mount после erase обязан упасть):
sudo ./deploy.sh erase-test /mnt

---

Ограничения (намеренные, по заданию)

• Нет поддержки создания/удаления/переименования файлов.
• Нет прав доступа / расширенных атрибутов.
• Нет журналирования.
• Все файлы создаются при форматировании и не изменяют размер.

---

Версия ядра

Проверено на Linux 6.12.x. Использует API:

• bdev_file_open_by_path / file_bdev / fput (6.9+)
• bio_alloc / bio_add_page / submit_bio_wait — весь I/O через bio
• bdev_logical_block_size — автоопределение размера сектора
• bdev_nr_bytes
• mount_nodev / kill_anon_super
• misc_register для IOCTL-устройства
• crc32() из <linux/crc32.h>