OS实验五：文件系统

OS实验五：文件系统

github地址：https://github.com/RebekahYuuu/OS_Experiment_05

一、实验简介

本实验要求在模拟的I/O系统之上开发一个简单的文件系统。

用户通过create, open, read等命令与文件系统交互。

文件系统把磁盘视为顺序编号的逻辑块序列，逻辑块的编号为0至L − 1。I/O系统利用内存中的数组模拟磁盘。

二、I/O系统

实际物理磁盘的结构是多维的：有柱面、磁头、扇区等概念。

I/O系统的任务是隐藏磁盘的结构细节，把磁盘以逻辑块的面目呈现给文件系统。逻辑块顺序编号，编号取值范围为0至L−1，其中L表示磁盘的存储块总数。

实验中，我们可以利用数组l disk[C][H][B]构建磁盘模型，其中CHB 分别表示柱面号，磁头号和扇区号。每个扇区大小为512字节。

I/O系统从文件系统接收命令，根据命令指定的逻辑块号把磁盘块的内容读入命令指定的内存区域，或者把命令指定的内存区域内容写入磁盘块。

文件系统和I/O系统之间的接口由如下两个函数定义：
*• read_block(int i, char p);
该函数把逻辑块i的内容读入到指针p指向的内存位置，拷贝的字符个数为存储块的长度B。
*• write block(int i, char p);
该函数把指针p指向的内容写入逻辑块i，拷贝的字符个数为存储块的长度B。

此外，为了方便测试，我们还需要实现另外两个函数：一个用来把数组l disk 存储到文件；另一个用来把文件内容恢复到数组。

三、文件系统

文件系统位于I/O系统之上。

3.1 用户与文件系统之间的接口

文件系统需提供如下函数：create, destroy, open, read, write。
• create(filename): 根据指定的文件名创建新文件。
• destroy(filename): 删除指定文件。
• open(filename): 打开文件。该函数返回的索引号可用于后续的read, write, lseek,或close操作。
• close(index): 关闭制定文件。
• read(index, mem_area, count): 从指定文件顺序读入count个字节memarea指定的内存位置。读操作从文件的读写指针指示的位置开始。
• write(index, mem_area, count): 把memarea指定的内存位置开始的count个字节顺序写入指定文件。写操作从文件的读写指针指示的位置开始。
• lseek(index, pos): 把文件的读写指针移动到pos指定的位置。pos是一个整数，表示从文件开始位置的偏移量。文件打开时，读写指针自动设置为0。每次读写操作之后，它指向最后被访问的字节的下一个位置。lseek能够在不进行读写操作的情况下改变读写指针能位置。
• directory: 列表显示所有文件及其长度。

3.2 文件系统的组织

磁盘的前k个块是保留区，其中包含如下信息：位图和文件描述符。位图用来描述磁盘块的分配情况。位图中的每一位对应一个逻辑块。创建或者删除文件，以及文件的长度发生变化时，文件系统都需要进行位图操作。前k个块的剩余部分包含一组文件描述符。每个文件描述符包含如下信息：
• 文件长度，单位字节
• 文件分配到的磁盘块号数组。该数组的长度是一个系统参数。在实验中我们可以把它设置为一个比较小的数，例如3。

3.3 目录

我们的文件系统中仅设置一个目录，该目录包含文件系统中的所有文件。除了不需要显示地创建和删除之外，目录在很多方面和普通文件相像。目录对应0号文件描述符。初始状态下，目录中没有文件，所有，目录对应的描述符中记录的长度应为0，而且也没有分配磁盘块。每创建一个文件，目录文件的长度便增加一分。目录文件的内容由一系列的目录项组成，其中每个目录项由如下内容组成：
• 文件名
• 文件描述符序号

3.4 文件的创建与删除

（1）创建文件时需要进行如下操作；

• 找一个空闲文件描述符(扫描l disk [0]～l disk [k - 1]