操作系统模拟实验——文件系统（创建、打开、关闭、读取、写入、删除文件，创建、删除和列目录）

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Creater_F/article/details/139993159

一、实验目的

理解文件系统的主要组成和工作原理。
学习并掌握文件的存储方式，文件的创建、读写、删除等操作的实现机制。
提高对文件系统内部组织和管理的认识及熟悉实际系统使用上的细节。

二、实验要求

设计并实现一个可以支持树状目录的文件系统。
能够执行基本的文件操作，如创建、打开、关闭、读取、写入、删除文件，创建、删除和列目录等。
通过终端接口与用户交互，实现对模拟文件系统的操作。
不能使用与文件操作相关的系统调用来完成该模拟文件系统的设计，需要基于自定义的文件、目录等数据结构来实现对文件、目录的管理。

三、实验代码

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<vector>
#include<queue>
#include<cmath>

using namespace std;

const int FCB_NUM = 20;//文件控制块数量
const int BLOCK_NUM = 100;//外存块数量
const string ROOTPATH = "D:";//根路径

//文件类型
enum FileType{
   
    DIRECTORY,//目录文件
    TXT,//txt文件
};

//文件存取权限
enum FileAuthority{
   
    READ_ONLY,//只读
    READ_WRITE,//读写
};

//定义文件控制块
struct FCB{
   
    string name;//文件名
    FileType type;//文件类型
    FileAuthority authority;//存取权限
    int blockNum;//物理位置，存放的外存块号
}f[FCB_NUM];

int fcbCnt = 0;//当前已有的FCB个数

//定义外存，表示一个外存块
struct Block{
   
    int value = 0;//外存块中是否存放数据，0代表外存块为空，1代表外存块存在文件，初始状态为0
    int fcbNum = -1;//存放的文件对应的fcb块号，-1代表外存块未存放文件
    string txtData = "";//如果是txt文本文件，存放字符串，初始为空
    vector<int> directory;//如果是目录文件，存放fcb下标序列
}block[BLOCK_NUM];

//根目录
int rootDirectoryPos;

//当前路径
int currentDirectory;//当前目录的外存块号
string currentPath;

//FAT文件分配表，fat[i]代表i号外存块对应的下一个外存块的下标
int fat[BLOCK_NUM];

//空闲盘块链
struct FreeBlock{
   
    int id = -1;//空闲块号
    FreeBlock* next = NULL;//该空闲块指向的下一个空闲块
};

//空闲盘块链链头及链尾
FreeBlock* freeBlockHead;
FreeBlock* freeBlockTail;

//获得一个空闲块
int GetFreeBlock()
{
   
    FreeBlock* b = freeBlockHead;
    int id = b->id;

    FreeBlock* tmp = b;
    freeBlockHead = b->next;
    free(tmp);//释放内存空间
    return id;
}

//释放一个外存块，并将其放在空闲盘块连链的链尾
void RealiseBlock(int id)
{
   
    FreeBlock* tmp = (FreeBlock*)malloc(sizeof(FreeBlock));
    tmp->id = id;
    tmp->next = NULL;
    freeBlockTail->next = tmp;
    freeBlockTail = tmp;
}

//打印当前空闲盘块链
void PrintBlock()
{
   
    FreeBlock* b = freeBlockHead;
    printf("当前空闲盘块链：\n");
    while(b != NULL)
    {
   
        printf("%d->", b->id);
        b = b->next;
    }
    printf("NULL\n");
}

//文件系统的初始化
void InitialFileSystem()
{
   
    //初始化外存块，设定20个空闲块，其余80个外存块存放其他数据
    int freeBlockList[20] = {
   1,8,14,19,21,27,33,37,44,45,57,59,61,62,75,77,81,85,93,99};
    for(int i = 0; i < BLOCK_NUM; i++)
        block[i].value = 1;
    for(int i = 0; i < 20; i++)
        block[freeBlockList[i]].value = 0;

    //初始化FAT
    for(int i = 0; i < BLOCK_NUM; i++)
        fat[i] = -1;//初始状态fat[i]均为-1

    //初始化空闲链表，采用尾插法
    FreeBlock *tmp;
    tmp = (FreeBlock*)malloc(sizeof(FreeBlock));
    tmp->id = freeBlockList[0];
    tmp->next = NULL;
    freeBlockHead = tmp;
    freeBlockTail = tmp;

    for(int i = 1; i < 20; i++){
   
        tmp = (FreeBlock*)malloc(sizeof(FreeBlock));
        tmp->id = freeBlockList[i];
        tmp->next = NULL;
        if(freeBlockHead->next == NULL)
            freeBlockHead->next = tmp;
        freeBlockTail->next = tmp;
        freeBlockTail = tmp;
    }
    //初始化根目录
    int bid = GetFreeBlock();//获得一个空闲块的下标
    rootDirectoryPos = bid;
    currentDirectory = bid;//将当前目录设置为根目录
    currentPath = ROOTPATH;
    block[bid].value = 1;
}

//展示当前目录（文件夹）
void ShowCurrentDiretory()
{
   
    printf("-------------------------------------\n");//分界线
    printf("当前目录：%s\n",currentPath.c_str());
    if(block[currentDirectory].directory.size() == 0)
    {
   
        printf("当前目录未存放任何文件和目录，请新建文件！\n");
        return;
    }

    printf("%8s %8s %8s %8s\n", "文件名  ", "文件类型", "存取权限", "物理位置");
    for(int i = 0; i < block[currentDirectory].directory.size(); i++)
    {
   
        int tmp_id = block[currentDirectory].directory[i];//获取当前目录下文件的fcb下标
        string type = (f[tmp_id].type == TXT) ? "TXT文件" : "目录";
        string authority = (f[tmp_id].authority == READ_ONLY) ? "只读" : "读写";
        printf("%-8s %-8s %-8s %-8d\n", f[tmp_id].name.c_str(), type.c_str(), authority.c_str(), f[tmp_id].blockNum);
    }
    printf("-------------------------------------\n");//分界线
}

//创建文件
void CreateFile()
{
   
    //设置文件类型
    printf("请选择您要创建的文件类型：\n");
    printf("1.txt文本文件\n");
    printf("2.目录（文件夹）\n");
    int typeOp;
    cin >> typeOp;
    if(typeOp == 1)//创建txt文本文件
        f[++fcbCnt].type = TXT