操作系统实验五 文件系统
“16281052 杨涵晨 计科1601 ”
github 地址 https://github.com/neoyanghc/2019_BJTU_OS_16281052/tree/master/lab5
实验要求
本实验要求在模拟的I/O系统之上开发一个简单的文件系统。
用户通过create, open, read等命令与文件系统交互。
文件系统把磁盘视为顺序编号的逻辑块序列，逻辑块的编号为0至L − 1。I/O系统利用内存中的数组模拟磁盘。
TASK 1 实验概要设计
1.1 实验理解
首先，进行文件系统的定义时，我们首先需要对存储文件的磁盘进行划分，主要分为两大部分：
- 数据区： 存放文件的具体数据
- 保留区： 用于实现位图区和文件描述区
我们使用文件记录区，存储当前文件的名字是用户可见的，可以利用其得到我们文件的位图0-1矩阵。
Inode table 主要存储文件的地址存放信息，可以对应到数据区中进行存储和读取。
这里必须明确，文件记录区和inode table也是磁盘的一部分
数据区也就是我们的磁盘最主要的部分，用于存储文件数据。
1.2 实现内容
主要有以下几点：
- 三个虚拟分区对应的数据结构
- 设计每个文件的数据结构
- 文件存储和磁盘的存储关系函数
- 对应的create函数等
- 文件打开记录表的实现
- 用户实现界面
TASK 2 文件数据结构设计
首先是对block进行定义，对于磁盘主要定义用来存储数据的data数组，模拟扇区的512个字节的数据区
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typedef struct MyBlock
{
char data[512]; //对应扇区的字节
char flag; //是否存储
MyBlock* next;
}myblock;
对文件的基础信息进行定义，主要包含4项，其中content代表正文存储的块地址。
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typedef struct File //文件结构体
{
char* name; //文件命名
char* time; //创建时间
char* changeTime; //修改时间
myblock* content;
}file;
维持一个打开文件表
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typedef struct OpenFile
{
int index;
int pos;
myblock* data;
}openFile;
TASK 3 用户交互窗口设计
这部分主要对用户使用时的交互进行编写，根据用户输入的指令进行执行对于的命令，比较简单，采用if - else 进行判断，结果展示如下：
TASK 4 文件创建和删除
4.1 位图的设计
在创建文件系统时，位图是十分重要的一环，为整个文件系统进行索引。
在设计时，我将位图信息存储在前2块磁盘上，利用“0“，”1“来区分。
4.2 文件的创建
主要实现在磁盘下进行文件存储区域的申请，编写思路如下：
- 查看文件名是否存在非法字符
- 查看位图，查看是否重名
- 查看位图，寻找对应空的位置块
- 申请磁盘空间，存储文件的data
对应的流程图，如下所示：
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int create(char* filename)// 根据指定的文件名创建新文件。
{
file newfile;
newfile.name = filename;
//命名是否含有非法字符
for (int i = 0; i < 8; i++)
{
if (strchr(filename, error[i][0]))
{
cout << "error 命名含有非法字符，创建失败" << endl;
break;
}
}
int temp = 1;
int pos = 0;
// 是否命名重复
for (int i = 0; i < B_MAX; i++)
{
if (ldisk[0][0][i].flag == '1')
{
if (strcmp(ldisk[0][0][i].data,filename)==0)
{
temp = 0;
break;
}
}
else {
pos = i;
}
}
//申请空间
if (temp == 0)
{
cout << "error 命名重复，创建失败" << endl;
}
else {
ldisk[0][0][pos].flag = '1';
strcat(ldisk[0][0][pos].data, filename);
for (int m = 1; m < C_MAX; m++)
{
for (int n = 1; n < H_MAX; n++)
{
for (int p =0 ; p < B_MAX; p++)
{
if (ldisk[m][n][p].flag != '1')
{
ldisk[m][n][p].flag = '1';
ldisk[0][0][pos].next = &ldisk[m][n][p];
break;
}
}
}
}
cout << "ok 创建成功" << endl;
}
return 1;
}
结果展示：当出现
4.3 文件的删除
相对于文件的创建，这部分更为简单，直接将文件存储的磁盘进行清空。
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int destroy(char* filename)// 删除指定文件。
{
int temp = 1;
int pos = 0;
// 找到文件
for (int i = 0; i < B_MAX; i++)
{
if (ldisk[0][0][i].flag == '1')
{
if (strcmp(ldisk[0][0][i].data, filename)== 0)
{
pos = i;
break;
}
}
}
if (pos == 0)
{
cout << "error 未找到文件，无法删除" << endl;
}
else {
ldisk[0][0][pos].flag = '0';
ldisk[0][0][pos].data[0] = '\0';
ldisk[0][0][pos].next = NULL;
cout << "ok 删除成功" << endl;
}
return 0;
}
4.4 文件的重命名
针对存储文件名的数据块进行查找和修改，在进行重命名时也需要进行对应的是否命名冲突查找
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int rename(char *old, char *new1)
{
int temp = 1;
int pos = 0;
// 找到文件
for (int i = 0; i < B_MAX; i++)
{
if (ldisk[0][0][i].flag == '1')
{
if (strcmp(ldisk[0][0][i].data, old)==0)
{
pos = i;
break;
}
}
}
if (pos == 0)
{
cout << "未找到文件" << endl;
}
else {
strcat(ldisk[0][0][pos].data, new1);
cout << "文件改名成功" << endl;
}
return 0;
}
4.4 文件的目录
编写directory函数通过位图进行文件的查找，将目录下的文件打印出来。
TASK 5 文件打开和关闭
5.1 文件的打开
通过维护一个打开文件表，将打开文件的指针位置，index，块号指向存储进去。
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int open(char* filename)
// 打开文件。该函数返回的索引号可用于后续的read, write, lseek, 或close操作。
{
int pos = 0;
for (int i = 0; i < B_MAX; i++)
{
if (ldisk[0][0][i].flag == '1')
{
if (strcmp(ldisk[0][0][i].data, filename)==0)
{
pos = i;
break;
}
}
}
if (pos == 0)
{
cout << "error 未找到文件，无法打开" << endl;
}
else {
cout << "ok 打开成功" << endl;
for (int j = 0; j < C_MAX; j++)
{
if (item[j].index == 0)
{
item[j].index = 19706500 + j;
item[j].pos = 0;
item[j].data = ldisk[0][0][pos].next;
cout << "index: " << item[j].index << endl;
return item[j].index;
}
}
}
return 0;
}
5.2 文件的关闭
根据index，将维护的文件表项进行删除，清空即可
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int close(int index)// 关闭制定文件。
{
for (int j = 0; j < C_MAX; j++)
{
if (item[j].index == index)
{
item[j].index == 0;
item[j].pos = 0;
item[j].data = NULL;
}
}
cout << "关闭成功" << endl;
return 0;
}
使用结果：
TASK6 文件的写入和读出
6.1 文件指针的维护
每次再打开一个文件时，会通过文件表象进行文件指针的维护，文件指针指向默认对应文件数据的存储开始
利用index和lseek函数进行查找，可以将其指向位置进行改变。
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int lseek(int index, int pos)
{
for (int j = 0; j < C_MAX; j++)
{
if (item[j].index == index)
{
item[j].pos = pos;
return 0;
}
}
cout << "找不到文件,请重试" << endl;
return 0;
}
6.2 文件的写入
通过外部先维持一个较大的buff，进行数据的缓存，将要读入数据进行存放，等待I/O结束后将buff中数据写入
需要考虑如下几点：
- 考虑buffer是否空
- 考虑读多少次进行回写
- 考虑磁盘不够进行申请的情况
主要流程图如下所示：
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int write(int index, string mem_area, int count)
// 把memarea指定的内存位置开始的count个字节顺序写入指定文件。写操作从文件的读写指针指示的位置开始。
{
for (int j = 0; j < C_MAX; j++)
{
if (item[j].index == index)
{
myblock* p = item[j].data;
for (int i = 0; i < count; i++)
{
if (i+1 % 512 == 0)
{
p->next = new myblock;
p = p->next;
}
if(i % 10 == 0 )
{
p->data[item[j].pos] = mem_area[i];
item[j].pos++;
}
}
return 0;
}
}
cout << "找不到文件,请重试" << endl;
return 0;
}
当磁盘块满时，进行空间申请，并且通过拉链的方式将数据连接起来
6.3 文件的读出
跟文件的写入将对应将搜索文件指针指向的磁盘，进行搜索count个字符
如果磁盘被读取完毕，则将其指向指针指向的盘块
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int read(int index, string mem_area, int count)
// 从指定文件顺序读入count个字节memarea指定的内存位置。读操作从文件的读写指针指示的位置开始。
{
for (int j = 0; j < C_MAX; j++)
{
if (item[j].index == index)
{
myblock* p = item[j].data;
for (int i = 0; i < count; i++)
{
if (i+1 % 512 == 0)
{
p->next = new myblock;
p = p->next;
}
if(i % 10 == 0 )
{
mem_area[i] = p->data[i + item[j].pos];
}
cout << mem_area;
}
cout << "读出成功" << endl;
return 0;
}
}
cout << "找不到文件,请重试" << endl;
return 0;
}
6.4 文件读取结果
实验总结
通过本次文件系统的实验，我更加清楚的认识到文件是如何在磁盘中存储的，
通过对位图，文件描述区的定义以及数据结构的编写，熟悉了真实操作系统中的数据存储逻辑
临近考试周，虽然本次实验花费了我很多时间，但是也很有收获，尤其是对文件的读写，对磁盘的操作等等等等
最后，感谢助教和老师的一学期的帮助和指导。
