操作系统: 二级目录文件系统的实现(c/c++语言)

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（为了测试方便，最后68个数据块每一个的大小为256字节），盘块之间用(‘\n’)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（物理块每个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(){//Writefilename buffer nbytes 写文件   物理空间68int 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 <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;}

本实验所有源码请到我的 Github下载，也欢迎大家fork继续进行完善。

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