操作系统: 二级目录文件系统的实现(c/c++语言)

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操作系统: 二级目录文件系统的实现(c/c++语言)

来源: 作者: 时间:2016-01-15 10:00 【

操作系统的一个课程设计,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:

操作系统的一个课程设计,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;

}

本实验所有源码请到我的 Github ,也欢迎大家fork继续进行完善。
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