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，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 }
};
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 <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。