Align VFS namespace locking with Linux · Pull Request !484 · openKylin（孵化期）/x-kernel

## 概述

将 KVFS 的 namespace 锁模型与 Linux VFS 对齐，重构 rename、unlink、rmdir、link 和 open-create 路径的并发控制，引入分层锁排序和原子化查找-创建语义。

## 主要变更

### 1. Rename 锁模型重构（`fs/kvfs/src/node/dentry.rs`）

- **`RenameData` 结构体**：将 rename 的所有参与者（源父目录、源名称、目标父目录、目标名称、flags）封装为 `RenameData`，并通过 `execute()` 方法驱动完整流程
- **拓扑级互斥锁**：跨目录 rename 首先获取 `SuperBlock::rename_mutex`（对应 Linux `s_vfs_rename_mutex`），序列化目录树拓扑变更；同目录 rename 不获取该锁
- **祖先优先的锁排序**：通过 `old_parent_first()` 判断两个父目录的祖先关系，先锁祖先再锁后代，消除跨目录 rename 的 ABBA 死锁风险
- **分离目录/非目录参与者锁**：在父目录锁之外，通过 `participant_inodes()` 收集需要排他锁的源和目标 inode，目录优先于非目录，非目录按指针地址排序
- **拓扑校验前移**：`validate_topology()` 在父目录锁持有后、参与者锁获取前执行，防止目录被移动到自己的后代中（对应 Linux 的 `rename_has_descendant` 检查）
- **缓存提交仅在回调成功后执行**：`d_move` / `d_exchange`（原 `commit_move` / `commit_exchange`）仅在文件系统回调返回成功后调用

### 2. Unlink / Rmdir 语义分离（`fs/kvfs/src/node/dentry.rs`）

- `Dentry::unlink(name, is_dir: bool)` 拆分为两个独立方法：
  - **`unlink(name)`**：仅删除非目录子项，内部校验 `!entry.is_dir()`，对目录返回 `IsADirectory`
  - **`rmdir(name)`**：仅删除空目录子项，内部校验 `entry.is_dir()` 且 `!entry.has_children()`，对非目录返回 `NotADirectory`，对非空目录返回 `DirectoryNotEmpty`
- 两个方法均获取受害者 inode 的排他 namespace 锁（`lock_namespace_exclusive()`），对齐 Linux 的父目录锁 + 受害者锁模型

### 3. Open-Create 原子化（`fs/kvfs/src/node/dentry.rs` & `fs/kvfs/src/namei.rs`）

- 新增 **`lookup_or_create_with_mode()`**：在父目录排他锁下执行查找，命中时若 `O_EXCL` 置位则返回 `AlreadyExists`，未命中则创建并插入缓存
- 新增 **`LookupCreateResult`** 枚举：`Existing(Dentry)` 和 `Created(Dentry)`，消除调用方用布尔值区分查找/创建的歧义
- `namei` 的 `open_last_create` 路径切换为 `lookup_or_create_with_mode`，确保 `O_EXCL` 和 lookup/create 竞态在单次父目录排他锁内解决
- 慢速查找路径（`lookup_open`）新增 `O_EXCL` 检查：在创建之前如果 lookup 命中且 `flags.is_exclusive_create()`，直接返回 `AlreadyExists`

### 4. Link 锁增强（`fs/kvfs/src/node/dentry.rs`）

- `link()` 新增源 inode 排他锁（`source_inode.lock_namespace_exclusive()`）
- 拒绝硬链接到目录（返回 `OperationNotPermitted`），对齐 POSIX 语义

### 5. SuperBlock 重命名（`fs/kvfs/src/super_block.rs`）

- `rename_lock` → `rename_mutex`，`lock_rename()` → `lock_rename_topology()`，更精确地反映其语义：序列化跨目录拓扑变更

### 6. VfsInode 新增 rmdir 回调（`fs/kvfs/src/node/inode.rs`）

- 新增 `VfsInode::rmdir()` 方法，调用 `InodeDirOperations::rmdir()`，与 unlink 回调分离

### 7. Mount 层适配（`fs/kvfs/src/mount.rs`）

- `Path::rename` 移除冗余的祖先检查（该检查已移入 `RenameData::validate_topology`）
- `Path::unlink` 和 `Path::rmdir` 分别调用 `Dentry::unlink(name)` 和 `Dentry::rmdir(name)`

### 8. 文档重写（`fs/kvfs/docs/design.md` & `fs/kvfs/docs/security.md`）

- 设计文档更新为英文，新增 namespace 算法、并发模型、执行上下文等章节
- 安全分析文档更新为英文，威胁分析新增 T-03（rename 目录环）、T-04（创建竞态）、T-05（反向跨目录 rename 死锁）、T-06（dentry name/parent 不一致）

## Diagram Walkthrough

以下流程图展示了本次 PR 重构后的 rename 核心锁排序和数据流：

```mermaid
flowchart TD
    A["rename(src_dir, src_name, dst_dir, dst_name, flags)"] --> B{"flags 冲突检查"}
    B -->|冲突| E1["EINVAL"]
    B -->|通过| C["封装为 RenameData"]
    C --> D{"同目录？"}
    D -->|是| F["lock_namespace_exclusive(父)"]
    F --> G["execute_with_parents_locked"]
    D -->|否| H["lock_rename_topology (SuperBlock)"]
    H --> I["old_parent_first() 确定祖先顺序"]
    I --> J["按祖先顺序 lock 两个父目录"]
    J --> K["execute_with_parents_locked"]
    
    G --> L["lookup source & target"]
    K --> L
    L --> M["validate_topology\n(防目录环)"]
    M --> N["participant_inodes\n(收集需锁 inode)"]
    N --> O["按目录优先、非目录指针排序 lock"]
    O --> P["validate_locked\n(NOREPLACE / 类型匹配)"]
    P --> Q["回调文件系统 rename"]
    Q -->|成功| R{"EXCHANGE?"}
    R -->|是| S["d_exchange (缓存交换)"]
    R -->|否| T["d_move (缓存移动)"]
    S --> U["Ok"]
    T --> U
    Q -->|失败| V["Err (缓存不变)"]
```

## 新增功能

- 新增 `test_rmdir_uses_directory_removal_callback`：验证 rmdir 调用的是 `rmdir` 回调而非 `unlink` 回调
- 新增 `test_rename_rejects_directory_move_into_descendant`：验证将目录移动到其后代中被拒绝
- 新增 `test_cross_directory_rename_moves_source_dentry`：验证跨目录 rename 正确移动 dentry 缓存并更新绝对路径

## 破坏性变更

- `Dentry::unlink(name, is_dir: bool)` 拆分为 `unlink(name)` 和 `rmdir(name)`，调用方需更新
- `SuperBlock::lock_rename()` 重命名为 `lock_rename_topology()`
- `commit_move` / `commit_exchange` 重命名为 `d_move` / `d_exchange`（均为私有方法，外部调用方不受影响）

类型	指派人员	状态
审查	Debin 已审查通过郭伟康已审查通过王1宁已审查通过于博已审查通过 zgyxyd666 已审查通过	已完成 (5/1人)
测试	王1宁已测试通过 x-cibot 已测试通过	已完成 (2/1人)

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