操作系统: 二级目录文件系统的实现(c/c++语言)

操作的一个课程设计，实现一个二级目录文件系统。

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：空闲链法。
目录结构：二级目录结构。
目录搜索技术：线性搜索。
fcb：含文件相关的全部属性。

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，每个物理块的大小512字节，盘块之间用(‘\n’)分割。因此一个盘块：512字节数据＋1字节(‘\n’)分割符＝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目录mfd。mfd结构如下：

typedef struct mfd{
  username ;//用户名 14b
  userpwd ;//密码14b
  link;  //该用户的ufd所在的物理块号(4b)
}mfd;

每个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。如下表1所示：

用户名	密码	用户文件目录地址
peter	12345	3
ben	abc	5

表1 文件系统用户目录信息表

2#-17# ufd块的设计

2#－17#物理块:固定用于存放用户文件目录ufd。假设一个用户需要一个ufd块，因此，16个用户共需要16个ufd块。ufd结构如下：

typedef struct {
 filename  //文件名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。如下表2所示：

filename	mode	length	addr
a	1	3	50
b	2	5	52

表2 用户文件目录信息表

18#-33# uof块的设计

18＃－33＃物理块：固定用于存放主文件目录uof，假定一个用户需要一个块存放uof，一个uof项占32字节，则一个块可存放512/32＝16个uof，即一个用户可同时打开的文件数为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。如果用户最多同时找开或建立16个文件，则用户已打开文件表uof应该有16个登记栏，结构如下表3所示：

文件名	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 主文件目录信息表

用户请求打开或建立一个文件时，相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相应位置。

34#-100# 数据块的设计

34＃－100＃：数据块（物理块），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闲物理块表，以物理块号从小到大排列。物理块以链接分配方式，以最先适应法从空闲表中分配。数据结构如下：

 

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中读取这些信息至内存，各种信息直接在内存中修改，使用sysc指令将内存中的信息同步至disk.txt。

需要注意的几个问题：

（一）函数指针的运用

 

在众多对输入命令的函数处理中，如果采用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相应的函数处理名称（函数指针），这样只需要一次for循环遍历就可以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，因为uof中只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可以实现的，因为我只需要记录最后一个物理块的偏移量即可。追加写入的时候直接迭代到最后一个物理块进行写入。但是对于读指针来说，只记录最后一个物理块的偏移量是不可以的，因为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可以得出当前的物理块的块号，读指针%256可以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)//判断权限
			{
				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  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;

}

本实验所有请到我的 github 下载，也欢迎大家fork继续进行完善。