操作系统的一个课程设计,实现一个二级文件夹文件系统。
用disk.txt模拟磁盘,使用Help查看支持的命令及其操作方式,root为超级用户(写在disk.txt中) 文件的逻辑结构:流式文件。 物理结构:链接文件。 物理空间管理:空暇链法。 文件夹结构:二级文件夹结构。 文件夹搜索技术:线性搜索。
FCB:含文件相关的所有属性。
物理盘块的设计(disk.txt)
以一个文本文件disk.txt模拟硬盘,设定硬盘容量分为100个物理块,每一个物理块的大小512字节(为了測试方便,最后68个数据块每一个的大小为256字节),盘块之间用(‘\n’)切割。
因此一个盘块:512字节数据+1字节(‘\n’)切割符=513字节。则disk.txt 长度=51300(100×513)+1字节(文件结束符)=51301字节。
100块盘块的分布:
1#: MFD块,存放MFD信息;
2-17#: UFD块,存放UFD信息;
18-33#: UOF块,存放UOF信息;
其余物理块用于存放文件内容。
# MFD块的设计
硬盘的第1个物理块固定用于存放主文件文件夹MFD。MFD结构例如以下:
typedef struct mfd{ username ;//username 14B userpwd ;//password14B link; //该用户的UFD所在的物理块号(4B) }MFD;
每一个MFD项占32字节。因此,1个物理块可存放512/32=16个MFD(用户),即本文件系统最多可管理16个用户。例如以下表1所看到的:
username |
password |
用户文件文件夹地址 |
Peter |
12345 |
3 |
Ben |
Abc |
5 |
表1 文件系统用户文件夹信息表
2#-17# UFD块的设计
2#-17#物理块:固定用于存放用户文件文件夹UFD。
假设一个用户须要一个UFD块。因此,16个用户共须要16个UFD块。
UFD结构例如以下:
typedef struct { filename //文件名称14B; mode; ///文件权限0-readonly;1-writeonly;2-read/write length; ///文件长度(以字节数计算) addr;//该文件的第1个文件块对应的物理块号 }UFD;
一个UFD项设为32 Bytes。一个块可存放16个UFD项。则一个用户最多可创建16个文件。例如以下表2所看到的:
Filename |
Mode |
Length |
Addr |
A |
1 |
3 |
50 |
B |
2 |
5 |
52 |
表2 用户文件文件夹信息表
18#-33# UOF块的设计
18#-33#物理块:固定用于存放主文件文件夹UOF,假定一个用户须要一个块存放UOF。一个UOF项占32字节,则一个块可存放512/32=16个UOF,即一个用户可同一时候打开的文件数为16个。用户已打开表”(UOF)。用以说明用户当前正在使用文件的情况。
假设用户最多同一时候找开或建立16个文件。则用户已打开文件表UOF应该有16个登记栏,结构例如以下表3所看到的:
文件名称 |
文件属性 |
状态(打开/建立) |
读指针 |
写指针 |
应该为16个登记栏 |
表3 主文件文件夹信息表
用户请求打开或建立一个文件时。对应的文件操作把有关该文件的信息登记到UOF中。读指针和写打针用于指出对文件进行存取的对应位置。
34#-100# 数据块的设计
34#-100#:数据块(物理块每一个256字节),用于存放文件内容;为了实现物理块的分配和回收,程序始终维护一个空暇物理块表。以物理块号从小到大排列。
物理块以链接分配方式,以最先适应法从空暇表中分配。
数据结构例如以下:
typedef struct cluster {Num ;////物理块号 long nextcluster;/////指向下一物理块号 }Cluster;
主要结构分析清楚了之后,程序流程图就不在这里画了。
我使用的二维vector存储这些结构体,每次程序启动的时候先从文件里读取这些信息至内存,各种信息直接在内存中改动。使用sysc指令将内存中的信息同步至disk.txt。
须要注意的几个问题:
(一)函数指针的运用
在众多对输入命令的函数处理中,假设採用if..else..或者switch..case..的方法势必会造成代码的冗余以及代码简洁度的缺失。在这里我用到了函数指针的方法,定义一个结构体专门用于存储命令的字符串和对应的函数处理名称(函数指针),这样仅仅须要一次for循环遍历就能够简洁高效的处理这些命令,既体现了代码规范中的简洁高效的规则,又帮助自己深刻理解了C++语法中函数指针的应用。
typedef void(*func)(void); typedef struct hand { char *pname; func handler; }HAND_TO;
HAND_TO handlerlist[] = { { "Chmod", do_Chmod }, { "Chown", do_Chown }, { "Mv", do_Mv }, { "Copy", do_Copy }, { "Type", do_Type }, { "Passwd", do_Passwd }, { "Login", do_Login }, { "Logout", do_Logout }, { "Create", do_Create }, { "Delete", do_Delete }, { "Open", do_Open }, { "Close", do_Close }, { "Write", do_Write }, { "Read", do_Read }, { "Help", do_Help }, { "dir", do_dir}, { "sysc",do_sysc}, { "Register", do_register}, { "Exit", do_exit}, { "Clear", do_Clear}, { NULL, NULL } };
(二)文件物理块的设计
在对文件内容的分块存储中。由于UOF中仅仅记录了文件内容的起始物理块。这对于写指针来说定位当前位置是能够实现的,由于我仅仅须要记录最后一个物理块的偏移量就可以。追加写入的时候直接迭代到最后一个物理块进行写入。
可是对于读指针来说。仅仅记录最后一个物理块的偏移量是不能够的,由于我上一次读的位置不一定位于文件的末尾,这样就会产生没有数据记录当前读的物理块的块号。对此我的解决方法是读指针记录当前字节的总数,这样读指针/256能够得出当前的物理块的块号。读指针%256能够得出当前读的物理块的偏移量。
问题得到了完美的解决。
void do_Write() { //Write filename buffer nbytes 写文件 物理空间68 int is_ok = 0; for (int i = 0; i < FileState[curID].size(); i++) { if (strcmp(FileState[curID][i].filename, cmd_in.cmd_num[1].c_str()) == 0) { is_ok = 1; break; } } if (is_ok == 0) { cout << "文件尚未打开! " << endl; return; } char buf[1024]; stringstream ss; ss << cmd_in.cmd_num[3]; int temp; ss >> temp; for (int i = 0; i < FileInfo[curID].size(); i++) { if (strcmp(FileInfo[curID][i].filename, cmd_in.cmd_num[1].c_str()) == 0) { if (FileInfo[curID][i].mode == 1 || FileInfo[curID][i].mode == 2)//推断权限 { break; } else { cout << "没有写的权限!" << endl; return; } } } int index; for (int i = 0; i < FileState[curID].size(); i++) { if (strcmp(FileState[curID][i].filename, cmd_in.cmd_num[1].c_str()) == 0) { index = i; break; } } //起始物理块 int address; for (int i = 0; i < FileInfo[curID].size(); i++) { if (strcmp(FileInfo[curID][i].filename, cmd_in.cmd_num[1].c_str()) == 0) { address = FileInfo[curID][i].addr; break; } } //注意:此处发生了更改。 cout << "请输入buff的内容:" << endl; gets(buf); fflush(stdin); //strcpy(buf, cmd_in.cmd_num[2].c_str()); int wbegin; wbegin = FileState[curID][index].write_poit; //找到写指针所在的最后一个磁盘 while (FileCluster[address].next_num != address) address = FileCluster[address].next_num; vector <int> newspace_num;//计算将要占用的物理块的数量 newspace_num.clear(); //int num = (256-wbegin+temp) / 256-1; if (temp <= 256 - wbegin) num = 0; else { num = ceil((temp - (256 - wbegin))*1.0 / 256); } newspace_num.push_back(address); //cout << newspace_num.size() << endl;// for (int i = 0; i < FileCluster.size(); i++) { if (newspace_num.size() == num+1) break; if (FileCluster[i].is_data == 0) { newspace_num.push_back(i); FileCluster[i].is_data = 1; } } for (int k = 0; k < newspace_num.size() - 1; k++) { FileCluster[newspace_num[k]].next_num = newspace_num[k + 1]; } for (int i = 0; i < temp; i++) { if (wbegin == 256) { wbegin = 0; address = FileCluster[address].next_num; } FileCluster[address].data[wbegin] = buf[i]; wbegin++; } //更新写指针 FileState[curID][index].write_poit = wbegin; cout << "磁盘写入成功!" << endl; return; }
本实验所有源代码请到我的 Github下载,也欢迎大家fork继续进行完好。