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分区管理

分区识别机制​

目前支持两种主流的分区表格式：

GPT(GUID分区表)​

GPT是现代系统广泛使用的分区表格式，具有以下特点：

  • 支持128个主分区
  • 使用128位GUID唯一标识分区类型
  • 支持分区名称(UTF-16LE编码)
  • 包含备份分区表
  • 支持CRC32校验

GPT解析过程如下：

  1. 读取LBA 1处的GPT头
  2. 验证签名("EFI PART")
  3. 解析分区项位置和数量
  4. 读取分区项数组
  5. 提取分区信息

MBR(主引导记录)​

MBR是传统的分区表格式，虽然功能有限，但仍广泛使用：

  • 支持4个主分区
  • 使用分区类型标识(1字节)
  • 支持扩展分区

当GPT解析失败时，系统会尝试解析MBR分区表，确保向后兼容。

分区扫描流程​

分区扫描是系统启动时的关键步骤，流程如下：

  1. 初始化块设备：创建Disk对象，获取设备信息
  2. 尝试GPT解析：读取GPT头，验证签名
  3. 解析分区项：读取分区项数组，提取分区信息
  4. MBR回退：如果GPT解析失败，尝试MBR
  5. 全盘处理：如果都没有分区表，将整个磁盘作为单个分区
  6. 文件系统检测：对每个分区进行文件系统类型检测

分区信息结构​

分区信息通过PartitionInfo结构体表示：

pub struct PartitionInfo {
    pub index: u32,                    // 分区索引(0-based)
    pub name: String,                   // 分区名称
    pub partition_type_guid: [u8; 16],  // 分区类型GUID
    pub unique_partition_guid: [u8; 16], // 唯一分区GUID
    pub filesystem_uuid: Option<String>, // 文件系统UUID
    pub starting_lba: u64,              // 起始LBA
    pub ending_lba: u64,                // 结束LBA
    pub size_bytes: u64,                // 分区大小(字节)
    pub filesystem_type: Option<FilesystemType>, // 文件系统类型
}

这种结构设计包含了分区的所有关键信息，便于上层文件系统使用。

文件系统探测机制​

文件系统类型检测​

文件系统类型检测是通过分析分区开始的特定数据结构实现的，目前支持：

FAT文件系统检测​

FAT文件系统(FAT12/FAT16/FAT32)的检测基于以下特征：

  • FAT12/FAT16：在偏移0x36处有"FAT"签名
  • FAT32：在偏移0x52处有"FAT32"签名
fn is_fat_filesystem(boot_sector: &[u8; 512]) -> bool {
    // 检查FAT12/FAT16/FAT32签名
    if boot_sector.len() >= 0x36 + 3 {
        let fat_sig = &boot_sector[0x36..0x36 + 3];
        if fat_sig == b"FAT" {
            return true;
        }
    }

    if boot_sector.len() >= 0x52 + 5 {
        let fat32_sig = &boot_sector[0x52..0x52 + 5];
        if fat32_sig == b"FAT32" {
            return true;
        }
    }

    false
}

检测过程：

  1. 读取分区开始的512字节(引导扇区)
  2. 检查特定偏移处的签名
  3. 确定FAT类型

ext4文件系统检测​

ext4文件系统的检测基于超级块特征：

  • 超级块位于分区偏移1024字节处
  • 魔数0xEF53位于超级块偏移1080字节处
fn is_ext4_filesystem(disk: &mut Disk, start_lba: u64) -> bool {
    // ext4超级块位于分区偏移1024字节处
    let superblock_offset = start_lba * 512 + 1024;
    let mut superblock = [0u8; 2048];

    // 保存当前位置
    let pos = disk.position();

    // 设置位置读取超级块
    disk.set_position(superblock_offset);

    let result = if let Err(_) = read_exact(disk, &mut superblock) {
        warn!("Failed to read ext4 superblock at offset {}", superblock_offset);
        false
    } else {
        // 检查ext4魔数(0xEF53)位于超级块偏移1080字节处
        // 由于我们从1024字节处开始读取，魔数位于索引56处
        if superblock.len() >= 58 {
            let magic = u16::from_le_bytes([superblock[56], superblock[57]]);
            magic == 0xEF53
        } else {
            false
        }
    };

    // 恢复位置
    disk.set_position(pos);

    result
}

检测过程：

  1. 定位到超级块位置
  2. 读取超级块数据
  3. 验证魔数

文件系统UUID读取​

为了支持通过UUID挂载文件系统，实现了从文件系统超级块读取UUID的功能：

ext4 UUID读取​

ext4的UUID位于超级块偏移0x68处，共16字节。UUID的存储格式为：

  • 前3个字段：小端序
  • 后2个字段：大端序

读取后转换为标准UUID格式(8-4-4-4-12)。

FAT32 UUID读取​

FAT32没有标准UUID，但有卷标ID(Volume ID)，位于引导扇区偏移0x43处，共4字节。读取后格式化为8字符十六进制字符串。

文件系统创建​

对于检测到的文件系统，创建对应的文件系统实例：

  1. 创建分区包装器：将分区包装为文件系统可访问的设备
  2. 初始化文件系统：调用文件系统的初始化函数
  3. 创建根节点：创建文件系统的根目录节点
  4. 注册到VFS：将文件系统注册到虚拟文件系统

根文件系统选择策略​

支持多种根文件系统选择策略：

  1. 启动参数指定：通过root=参数指定

    • root=/dev/sdaX：按设备路径指定
    • root=PARTUUID=xxx：按分区GUID指定
    • root=UUID=xxx：按文件系统UUID指定

  2. 默认策略：如果没有指定，使用第一个支持的文件系统分区

  3. 回退策略：如果没有支持的文件系统，使用ramfs作为根文件系统