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Linux块设备与简易文件系统开发

共计 30 章节
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01
课程导论与项目全景
介绍本课程目标 · 项目背景（块设备驱动与文件系统关系） · 最终成果预览（一个可运行的虚拟块设备…
课程导论项目全景
02
存储硬件基础回顾
机械硬盘（HDD）与固态硬盘（SSD… · 寻址方式（CHS/LBA） · IO性能指标（IOPS
存储硬件基础回顾HDD
03
块设备驱动核心概念
块设备与字符设备的区别 · 块设备请求队列（request qu… · bio结构体
块设备驱动核心概…块设备
04
Linux内核模块开发环境搭建
内核源码树下载 · 编译内核模块的Makefile编写 · 模块加载/卸载（insmod/rmm…
Linux内核模块开发环境…
05
虚拟块设备驱动设计（上）
定义设备结构体 · 分配gendisk · 设置fops（open/releas…
虚拟块设备驱动设…定义设备结构体
06
虚拟块设备驱动设计（下）
实现IOCTL接口 · 处理多队列请求（blk-mq） · 内存屏障与并发控制（spinlock…
虚拟块设备驱动设…IOCTL
07
驱动编译与初步测试
编译驱动模块 · 加载模块 · 使用dd工具测试读写
驱动编译初步测试
08
文件系统概念与VFS层
文件系统的作用 · 虚拟文件系统（VFS）架构 · 超级块（super_block）
VFS文件系统概念
09
inode数据结构深度解析
inode编号 · inode表 · inode操作（inode_oper…
inode数据结构深度解析
10
块分配策略与inode关联
块位图（block bitmap） · inode位图（inode bitm… · 块组（block group）概念
inode块分配策略
11
简易文件系统设计（上）
定义磁盘超级块格式 · 定义块组描述符 · 定义inode结构体（磁盘inode…
简易文件系统设计定义磁盘超级块格…
12
简易文件系统设计（下）
设计目录项（dirent）格式 · 设计文件数据块寻址方式（直接/间接块…
简易文件系统设计dirent
13
文件系统格式化工具实现
编写mkfs工具（用户态） · 初始化超级块 · 初始化块位图与inode位图
文件系统格式化工…mkfs
14
文件系统挂载流程
mount系统调用路径 · 读取磁盘超级块 · 填充VFS超级块
文件系统挂载流程mount
15
inode分配核心算法（上）
从inode位图中查找空闲位 · 分配inode编号 · 更新位图与磁盘inode表
inode分配核心算法
16
inode分配核心算法（下）
处理inode回收（删除文件） · 位图一致性维护 · 并发分配保护（mutex）
inode分配核心算法
17
块分配核心算法
从块位图中分配数据块 · 支持连续块分配（预分配） · 块回收与碎片整理思路
块分配核心算法从块位图
18
文件创建与写入流程
用户态open/create ->…
文件创建写入流程
19
文件读取与目录遍历
用户态read -> VFS ->… · 目录遍历（ls）实现
文件读取目录遍历
20
文件删除与inode回收
unlink系统调用流程 · 减少链接计数 · 释放inode与数据块
inode文件删除
21
硬链接与软链接实现
硬链接（增加inode引用计数） · 软链接（符号链接存储路径字符串） · inode共享机制
硬链接软链接实现
22
文件系统缓存与同步
页缓存（page cache）作用 · 回写机制（writeback） · sync/fsync实现
文件系统缓存同步
23
错误处理与一致性检查
磁盘IO错误处理 · 文件系统检查工具（fsck）原理 · 日志（journaling）概念简介
错误处理一致性检查
24
性能优化
块分配预读（readahead） · inode缓存（inode cach… · 并发IO（多线程读写）
性能优化readahead
25
用户态测试程序编写
编写C程序调用系统接口（open/r… · 性能基准测试
用户态测试程序编…open/r
26
调试与内核崩溃分析
使用ftrace跟踪文件系统函数 · 使用kprobe动态插桩 · 分析Oops信息
调试内核崩溃分析
27
项目集成与演示
将驱动与文件系统集成到QEMU虚拟机… · 演示格式化 · 挂载
项目集成演示
28
扩展思考
日志结构文件系统（LFS） · 写时复制（CoW）文件系统（btrf… · NVMe驱动与多队列优化
扩展思考LFS
29
常见问题与解决方案
inode耗尽问题 · 磁盘空间不足处理 · 驱动与文件系统版本兼容性
常见问题解决方案
30
课程总结与未来方向
回顾核心知识点 · 推荐进阶学习路径（内核内存管理 · IO栈
课程总结未来方向