操作系统实验：文件系统

最新推荐文章于 2022-07-14 21:36:15 发布

原创

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本次实验要求在模拟I/O系统上实现一个简单的文件系统，包括文件创建、删除、打开、关闭、读写等功能。文件系统使用逻辑块管理磁盘，并通过create、destroy、open、read、write等接口与用户交互。实验还涉及位图和文件描述符的管理，以及目录项的存储，以支持文件的组织和查找。

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一、实验要求

1.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。

2.I/O系统

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ldisk[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ldisk 存储到文件；另一个用来把文件内容恢复到数组。

3.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