操作系统: 二级文件夹文件系统的实现(c/c++语言)

操作系统的一个课程设计，实现一个二级文件夹文件系统。

用disk.txt模拟磁盘，使用Help查看支持的命令及其操作方式,root为超级用户(写在disk.txt中)

文件的逻辑结构：流式文件。
物理结构：链接文件。

物理空间管理：空暇链法。

文件夹结构：二级文件夹结构。
文件夹搜索技术：线性搜索。

FCB：含文件相关的所有属性。

 物理盘块的设计(disk.txt)

以一个文本文件disk.txt模拟硬盘，设定硬盘容量分为100个物理块，每一个物理块的大小512字节（为了測试方便，最后68个数据块每一个的大小为256字节），盘块之间用(‘ ’)切割。

因此一个盘块：512字节数据＋1字节(‘ ’)切割符＝513字节。则disk.txt 长度＝51300(100×513)＋1字节(文件结束符)＝51301字节。

100块盘块的分布：

1＃: MFD块，存放MFD信息；

2－17＃: UFD块，存放UFD信息；

18－33＃: UOF块，存放UOF信息；

其余物理块用于存放文件内容。

# MFD块的设计

硬盘的第1个物理块固定用于存放主文件文件夹MFD。MFD结构例如以下：

typedef struct mfd{
  username ;//username 14B
  userpwd ;//password14B
  link;  //该用户的UFD所在的物理块号(4B)
}MFD;

每一个MFD项占32字节。因此，1个物理块可存放512/32=16个MFD(用户)，即本文件系统最多可管理16个用户。例如以下表1所看到的：

username	password	用户文件文件夹地址
Peter	12345	3
Ben	Abc	5

         表1 文件系统用户文件夹信息表

2#-17# UFD块的设计

2#－17#物理块:固定用于存放用户文件文件夹UFD。

假设一个用户须要一个UFD块。因此，16个用户共须要16个UFD块。

UFD结构例如以下：

typedef struct {
 filename  //文件名称14B;
 mode;  ///文件权限0-readonly;1-writeonly;2-read/write
 length; ///文件长度(以字节数计算)
 addr;//该文件的第1个文件块对应的物理块号
}UFD;

一个UFD项设为32 Bytes。一个块可存放16个UFD项。则一个用户最多可创建16个文件。例如以下表2所看到的：

Filename	Mode	Length	Addr
A	1	3	50
B	2	5	52

                                                                                                                                      表2 用户文件文件夹信息表

18#-33# UOF块的设计

18＃－33＃物理块：固定用于存放主文件文件夹UOF，假定一个用户须要一个块存放UOF。一个UOF项占32字节，则一个块可存放512/32＝16个UOF，即一个用户可同一时候打开的文件数为16个。用户已打开表”(UOF)。用以说明用户当前正在使用文件的情况。

假设用户最多同一时候找开或建立16个文件。则用户已打开文件表UOF应该有16个登记栏，结构例如以下表3所看到的：

文件名称	文件属性	状态（打开/建立）	读指针	写指针
应该为16个登记栏

                                   表3 主文件文件夹信息表

用户请求打开或建立一个文件时。对应的文件操作把有关该文件的信息登记到UOF中。读指针和写打针用于指出对文件进行存取的对应位置。

 34#-100# 数据块的设计

34＃－100＃：数据块（物理块每一个256字节），用于存放文件内容；为了实现物理块的分配和回收，程序始终维护一个空暇物理块表。以物理块号从小到大排列。

物理块以链接分配方式，以最先适应法从空暇表中分配。

数据结构例如以下：

typedef struct cluster
{Num ;////物理块号
long  nextcluster;/////指向下一物理块号
}Cluster;

主要结构分析清楚了之后，程序流程图就不在这里画了。

我使用的二维vector存储这些结构体，每次程序启动的时候先从文件里读取这些信息至内存，各种信息直接在内存中改动。使用sysc指令将内存中的信息同步至disk.txt。

须要注意的几个问题：

（一）函数指针的运用

在众多对输入命令的函数处理中，假设採用if..else..或者switch..case..的方法势必会造成代码的冗余以及代码简洁度的缺失。在这里我用到了函数指针的方法，定义一个结构体专门用于存储命令的字符串和对应的函数处理名称（函数指针），这样仅仅须要一次for循环遍历就能够简洁高效的处理这些命令，既体现了代码规范中的简洁高效的规则，又帮助自己深刻理解了C++语法中函数指针的应用。

typedef void(*func)(void);
typedef struct hand
{
	char *pname;
	func handler;
}HAND_TO;

HAND_TO handlerlist[] =
{
	{ "Chmod", do_Chmod },
	{ "Chown", do_Chown },
	{ "Mv", do_Mv },
	{ "Copy", do_Copy },
	{ "Type", do_Type },
	{ "Passwd", do_Passwd },
	{ "Login", do_Login },
	{ "Logout", do_Logout },
	{ "Create", do_Create },
	{ "Delete", do_Delete },
	{ "Open", do_Open },
	{ "Close", do_Close },
	{ "Write", do_Write },
	{ "Read", do_Read },
	{ "Help", do_Help },
	{ "dir", do_dir},
	{ "sysc",do_sysc},
	{ "Register", do_register},
	{ "Exit", do_exit},
	{ "Clear", do_Clear},
	{ NULL, NULL }
};

（二）文件物理块的设计

在对文件内容的分块存储中。由于UOF中仅仅记录了文件内容的起始物理块。这对于写指针来说定位当前位置是能够实现的，由于我仅仅须要记录最后一个物理块的偏移量就可以。追加写入的时候直接迭代到最后一个物理块进行写入。

可是对于读指针来说。仅仅记录最后一个物理块的偏移量是不能够的，由于我上一次读的位置不一定位于文件的末尾，这样就会产生没有数据记录当前读的物理块的块号。对此我的解决方法是读指针记录当前字节的总数，这样读指针/256能够得出当前的物理块的块号。读指针%256能够得出当前读的物理块的偏移量。

问题得到了完美的解决。

void do_Write()
{
	//Write	filename buffer nbytes 写文件   物理空间68

	int is_ok = 0;
	for (int i = 0; i < FileState[curID].size(); i++)
	{
		if (strcmp(FileState[curID][i].filename, cmd_in.cmd_num[1].c_str()) == 0)
		{
			is_ok = 1;
			break;
		}
	}
	if (is_ok == 0)
	{
		cout << "文件尚未打开！
" << endl;
		return;
	}

	char buf[1024];
	stringstream ss;
	ss << cmd_in.cmd_num[3];
	int temp;
	ss >> temp;


	for (int i = 0; i < FileInfo[curID].size(); i++)
	{
		if (strcmp(FileInfo[curID][i].filename, cmd_in.cmd_num[1].c_str()) == 0)
		{
			if (FileInfo[curID][i].mode == 1 || FileInfo[curID][i].mode == 2)//推断权限
			{
				break;
			}
			else
			{
				cout << "没有写的权限!" << endl;
				return;
			}
		}
	}

	int index;
	for (int i = 0; i < FileState[curID].size(); i++)
	{
		if (strcmp(FileState[curID][i].filename, cmd_in.cmd_num[1].c_str()) == 0)
		{
			index = i;
			break;
		}
	}
	//起始物理块
	int address;
	for (int i = 0; i < FileInfo[curID].size(); i++)
	{
		if (strcmp(FileInfo[curID][i].filename, cmd_in.cmd_num[1].c_str()) == 0)
		{
			address = FileInfo[curID][i].addr;
			break;
		}
	}
            //注意：此处发生了更改。
			cout << "请输入buff的内容：" << endl;
			gets(buf);
			fflush(stdin);
		
	        //strcpy(buf, cmd_in.cmd_num[2].c_str());

			int wbegin;
			wbegin = FileState[curID][index].write_poit;
			
			//找到写指针所在的最后一个磁盘
			while (FileCluster[address].next_num != address)
				address = FileCluster[address].next_num;

			vector <int> newspace_num;//计算将要占用的物理块的数量
			newspace_num.clear();

			//int num = (256-wbegin+temp) / 256-1;
			if (temp <= 256 - wbegin)
				num = 0;
			else
			{
				num = ceil((temp - (256 - wbegin))*1.0 / 256);
			}

			newspace_num.push_back(address);

			//cout << newspace_num.size() << endl;//

			for (int i = 0; i < FileCluster.size(); i++)
			{
				if (newspace_num.size() == num+1)
					break;
				if (FileCluster[i].is_data == 0)
				{
					newspace_num.push_back(i);
					FileCluster[i].is_data = 1;
				}
			}

			for (int k = 0; k < newspace_num.size() - 1; k++)
			{
				FileCluster[newspace_num[k]].next_num = newspace_num[k + 1];
			}
			for (int i = 0; i < temp; i++)
			{
				if (wbegin == 256)
				{
					wbegin = 0;
					address = FileCluster[address].next_num;
				}
				FileCluster[address].data[wbegin] = buf[i];
				wbegin++;
			}

			//更新写指针
			FileState[curID][index].write_poit = wbegin;
			cout << "磁盘写入成功!" << endl;
			return;

}

本实验所有源代码请到我的  Github下载，也欢迎大家fork继续进行完好。