简单文件系统的实现教程.docx

简单文件系统的实现 3.1 设计目的和内容要求 1. 设计目的 通过具体的文件存储空间的管理、文件的物理结构、目录结构和文件操作的实现，加深对文件系统内部数据结构、功能以及实现过程的理解。 2．内容要求 在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储分区，在其上实现一个简单的基于多级目录的单用户单任务系统中的文件系统。在退出该文件系统的使用时，应将该虚拟文件系统以一个Windows 文件的方式保存到磁盘上，以便下次可以再将它恢复到内存的虚拟磁盘空间中。 文件存储空间的分配可采用显式链接分配或其他的办法。 空闲磁盘空间的管理可选择位示图或其他的办法。如果采用位示图来管理文件存储空间，并采用显式链接分配方式，那么可以将位示图合并到FAT中。 文件目录结构采用多级目录结构。为了简单起见，可以不使用索引结点，其中的每个目录项应包含文件名、物理地址、长度等信息，还可以通过目录项实现对文件的读和写的保护。 要求提供以下操作命令： my_format：对文件存储器进行格式化，即按照文件系统的结构对虚拟磁盘空间进行布局，并在其上创建根目录以及用于管理文件存储空间等的数据结构。 my_mkdir：用于创建子目录。 my_rmdir：用于删除子目录。 my_ls：用于显示目录中的内容。 my_cd：用于更改当前目录。 my_create：用于创建文件。 my_open：用于打开文件。 my_close：用于关闭文件。 my_write：用于写文件。 my_read：用于读文件。 my_rm：用于删除文件。 my_exitsys：用于退出文件系统。 3．学时安排 授课2学时，上机9学时。 4． 开发平台 C或C++均可。 5．思考 我们的数据结构中的文件物理地址信息是使用C语言的指针类型、还是整型，为什么？ 如果引入磁盘索引结点，上述实现过程需要作哪些修改？ 如果设计的是一个单用户多任务文件系统，则系统需要进行哪些扩充（尤其要考虑读写指针问题）？如果设计的是一个多用户文件系统，则又要进行哪些扩充？ 3.2 预备知识 3.2.1 FAT文件系统介绍 1．概述 FAT文件系统是微软公司在其早期的操作系统MS-DOS及Windows9x中采用的文件系统，它被设计用来管理小容量的磁盘空间。FAT文件系统是以他的文件组织??式——文件分配表（file allocation table，FAT）命名的，文件分配表的每个表项中存放某文件的下一个盘块号，而该文件的起始盘块号则保存在它的文件控制块FCB中。在文件分配表中，一般用FFFF来标识文件的结束；用0000来标识某个逻辑块未被分配，即是空闲块。为了提高文件系统的可靠性，在逻辑磁盘上通常设置两张文件分配表，它们互为备份。此外，文件分配表必须存放在逻辑磁盘上的固定位置，而根目录区通常位于FAT2之后，以便操作系统在启动时能够定位所需的文件，其磁盘布局如图3-1所示： 图3-1 FAT文件系统磁盘布局 上述磁盘布局中，引导块中主要存放了用于描述分区的各种信息，包括逻辑块的大小、文件分配表的大小及位置、根目录的大小及位置等。除此之外，用于加载操作系统内核的引导程序也存储在引导块中。 FAT文件系统家族又分为FAT12、FAT16、FAT32三种类型，这里的数字表示文件分配表中每个表项（即簇号）所占的位数，即FAT12中每个表项占1.5个字节（12位），FAT16中每个表项占2个字节（16位），FAT32中每个表项占4个字节（32位）。由于FAT文件系统是以簇为单位为文件分配磁盘空间的（一个簇是一组连续的扇区，通常包含2n个扇区），因此，FAT32比FAT12和FAT16支持更多的簇数、更小的簇大小和更大的磁盘容量，从而大大提高磁盘空间的利用率。通常，FAT12适用于小容量磁盘，如软盘；FAT16是MS-DOS的文件系统；FAT32是Windows9x中的主要文件系统，开始支持大容量磁盘。 2．文件控制块FCB 为了正确、方便地操作文件，必须设置相应的数据结构用于存放文件的描述和控制信息，常用的数据结构有文件控制块（简称FCB）和索引节点（简称i节点）。在FAT文件系统中使用文件控制块。文件与文件控制块一一对应，而文件控制块的有序集合就称为文件目录，即一个文件控制块就是一个文件目录项。 虽然不同文件系统的文件控制块的内容和格式不完全相同，但通常都包括以下三类信息：基本信息、存取控制信息和使用信息。 （1）基本信息。包括文件名、用户名、文件类型、文件的物理地址、文件长度、文件的逻辑结构和物理结构等。 （2）存取控制信息。一般分别给出文件主、伙伴用户、一般用户的存取权限。 （3）使用信息。包括文件的建立日期及时间、上次存取文件的日期及时间、当前的使用信息等。 以MS-DOS（使用FAT16文件系