实验五：文件系统

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, write, lseek, directory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. 总体设计

如上述，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。故我们总体设计分为两大块：I/O系统与文件系统。
本次实验，我么只需模拟一个简单的I/O系统，使用数组ldisk[C][H][B]代替实际物理磁盘的真实结构。而，文件系统与I/O系统之间的接口主要功能是I/O系统从文件系统接收命令，将指定的数据流读或写到指定的磁盘块。
文件系统则是本次实验的重点，在文件系统中，我们需要设置有位图和问价描述符，反映磁盘的相关信息；同时，需设计一个且仅一个目录，记录文件系统下的所有文件。而，用户与文件系统之间的接口的主要功能是文件的创建、销毁、打开、关闭、读取、写入以及文件读写指针的移动和显示所有文件及其长度。

3. 模块设计

3.1. I/O系统模块

3.1.1. 模块功能

• I/O系统即输入输出系统，操作系统中负责管理输入输出设备的部分称为I/O系统，完成设备管理功能,包括外设编址，数据通路的建立，向主机提供外设的状态信息等。I/O系统的组成有：I/O设备，设备控制器及I/O操作有关的软硬件。
• 本实验中的I/O系统比较简单。I/O设备主要是指模拟的实际物理磁盘，I/O操作为对模拟的物理磁盘的存储块进行读写操作。

  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。

3.1.2. 模块结构

该模块结构重点在于构建物理块的结构体。根据要求使用ldisk[C][H][B]构建磁盘模型，每一个物理块扇区大小为512字节，代码如下。
如果假设磁盘模型的C=8，H=8，B=8；则亦可使用ldisk[64][MaxLenth]构建物理块，直接将三维模型转换为一维模型。

    typedef struct Block{
        char Content[MaxLenth];//扇区大小为512字节
        int LogicalBlockNum;//逻辑块号
        int c;//柱面号
        int h;//磁头号
        int b;//扇区号
    }BLOCK;
    BLOCK ldisk[C][H][B];//磁盘模型

3.1.3. 模块接口

• read_block(int i, char *p);

  接口参数：i：逻辑块顺序编号为i；*p：指针所指向的内存位置
  接口功能：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);

  接口参数：i：逻辑块顺序编号为i；*p：指针所指向的内存位置
  接口功能：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。

3.1.4. 模块代码

read_block函数

void read_block(int i, char *p) {
	for (int b = 0; b < blockLength; b++) {
		*p = ldisk[i][b];
		p++;
	}
}

write_block函数

void write_block(int i, char *p) {
	for (int b = 0; b < blockLength; b++) {
		ldisk[i][b] = *p;
		p++;
	}
}

file_to_disk函数

void file_to_disk(string filename) {//从文件中读取数据到磁盘
	ifstream in (filename);//以读的方式打开文件
	if (!in.fail()) {
		char block[blockLength];
		for (int i = 0; i < L; i++) {
			in.read(block, blockLength);
			write_block(i, block);
		}
		in.close();
	}
	else{
        cout<<"File Open Fail"<<endl;
	}
}

disk_to_file函数

void disk_to_file(string filename){//将磁盘数据写入文件中
    ifstream in (filename);//以读的方式打开文件
	if (!in.fail()) {
		char block[blockLength];
		for (int i = 0; i < L; i++) {
            read_block(i,block);
			in.write(block, blockLength);
		}
		in.close();
	}
	else{
        cout<<"File Open Fail"<&l