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第三章 簡單文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 3.1 設(shè)計(jì)目的和內(nèi)容要求 1. 設(shè)計(jì)目的 通過具體的文件存儲空間的管理、文件的物理結(jié)構(gòu)、目錄結(jié)構(gòu)和文件操作的實(shí)現(xiàn)，加深對文件系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、功能以及實(shí)現(xiàn)過程的理解。 2．內(nèi)容要求 (1) 在內(nèi)存中開辟一個(gè)虛擬磁盤空間作為文件存儲分區(qū)，在其上實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的基于多級目錄的單用戶單任務(wù)系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)。在退出該文件系統(tǒng)的使用時(shí)，應(yīng)將該虛擬文件系統(tǒng)以一個(gè)Windows 文件的方式保存到磁盤上，以便下次可以再將它恢復(fù)到內(nèi)存的虛擬磁盤空間中。 (2) 文件存儲空間的分配可采用顯式鏈接分配或其他的辦法。 (3) 空閑磁盤空間的管理可選擇位示圖或其他的辦法。如果采用位示圖來管理文件存儲空間，并采用顯式鏈接分配方式，那么可以將位示圖合并到FAT中。 (4) 文件目錄結(jié)構(gòu)采用多級目錄結(jié)構(gòu)。為了簡單起見，可以不使用索引結(jié)點(diǎn)，其中的每個(gè)目錄項(xiàng)應(yīng)包含文件名、物理地址、長度等信息，還可以通過目錄項(xiàng)實(shí)現(xiàn)對文件的讀和寫的保護(hù)。 (5) 要求提供以下操作命令： l my_format：對文件存儲器進(jìn)行格式化，即按照文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對虛擬磁盤空間進(jìn)行布局，并在其上創(chuàng)建根目錄以及用于管理文件存儲空間等的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 l my_mkdir：用于創(chuàng)建子目錄。 l my_rmdir：用于刪除子目錄。 l my_ls：用于顯示目錄中的內(nèi)容。 l my_cd：用于更改當(dāng)前目錄。 l my_create：用于創(chuàng)建文件。 l my_open：用于打開文件。 l my_close：用于關(guān)閉文件。 l my_write：用于寫文件。 l my_read：用于讀文件。 l my_rm：用于刪除文件。 l my_exitsys：用于退出文件系統(tǒng)。 3．學(xué)時(shí)安排 授課2學(xué)時(shí)，上機(jī)9學(xué)時(shí)。 4． 開發(fā)平臺 C或C++均可。 5．思考 (1) 我們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的文件物理地址信息是使用C語言的指針類型、還是整型，為什么？ (2) 如果引入磁盤索引結(jié)點(diǎn)，上述實(shí)現(xiàn)過程需要作哪些修改？ (3) 如果設(shè)計(jì)的是一個(gè)單用戶多任務(wù)文件系統(tǒng)，則系統(tǒng)需要進(jìn)行哪些擴(kuò)充（尤其要考慮讀寫指針問題）？如果設(shè)計(jì)的是一個(gè)多用戶文件系統(tǒng)，則又要進(jìn)行哪些擴(kuò)充？ 3.2 預(yù)備知識 3.2.1 FAT文件系統(tǒng)介紹 1．概述 FAT文件系統(tǒng)是微軟公司在其早期的操作系統(tǒng)MS-DOS及Windows9x中采用的文件系統(tǒng)，它被設(shè)計(jì)用來管理小容量的磁盤空間。FAT文件系統(tǒng)是以他的文件組織方式——文件分配表（file allocation table，F(xiàn)AT）命名的，文件分配表的每個(gè)表項(xiàng)中存放某文件的下一個(gè)盤塊號，而該文件的起始盤塊號則保存在它的文件控制塊FCB中。在文件分配表中，一般用FFFF來標(biāo)識文件的結(jié)束；用0000來標(biāo)識某個(gè)邏輯塊未被分配，即是空閑塊。為了提高文件系統(tǒng)的可靠性，在邏輯磁盤上通常設(shè)置兩張文件分配表，它們互為備份。此外，文件分配表必須存放在邏輯磁盤上的固定位置，而根目錄區(qū)通常位于FAT2之后，以便操作系統(tǒng)在啟動時(shí)能夠定位所需的文件，其磁盤布局如圖3-1所示： 圖3-1 FAT文件系統(tǒng)磁盤布局 上述磁盤布局中，引導(dǎo)塊中主要存放了用于描述分區(qū)的各種信息，包括邏輯塊的大小、文件分配表的大小及位置、根目錄的大小及位置等。除此之外，用于加載操作系統(tǒng)內(nèi)核的引導(dǎo)程序也存儲在引導(dǎo)塊中。 FAT文件系統(tǒng)家族又分為FAT12、FAT16、FAT32三種類型，這里的數(shù)字表示文件分配表中每個(gè)表項(xiàng)（即簇號）所占的位數(shù)，即FAT12中每個(gè)表項(xiàng)占1.5個(gè)字節(jié)（12位），F(xiàn)AT16中每個(gè)表項(xiàng)占2個(gè)字節(jié)（16位），F(xiàn)AT32中每個(gè)表項(xiàng)占4個(gè)字節(jié)（32位）。由于FAT文件系統(tǒng)是以簇為單位為文件分配磁盤空間的（一個(gè)簇是一組連續(xù)的扇區(qū)，通常包含2n個(gè)扇區(qū)），因此，F(xiàn)AT32比FAT12和FAT16支持更多的簇?cái)?shù)、更小的簇大小和更大的磁盤容量，從而大大提高磁盤空間的利用率。通常，F(xiàn)AT12適用于小容量磁盤，如軟盤；FAT16是MS-DOS的文件系統(tǒng)；FAT32是Windows9x中的主要文件系統(tǒng)，開始支持大容量磁盤。 2．文件控制塊FCB 為了正確、方便地操作文件，必須設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于存放文件的描述和控制信息，常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有文件控制塊（簡稱FCB）和索引節(jié)點(diǎn)（簡稱i節(jié)點(diǎn)）。在FAT文件系統(tǒng)中使用文件控制塊。文件與文件控制塊一一對應(yīng)，而文件控制塊的有序集合就稱為文件目錄，即一個(gè)文件控制塊就是一個(gè)文件目錄項(xiàng)。 雖然不同文件系統(tǒng)的文件控制塊的內(nèi)容和格式不完全相同，但通常都包括以下三類信息：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、用戶名、文件類型、文件的物理地址、文件長度、文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)等。 （2）存取控制信息。一般分別給出文件主、伙伴用戶、一般用戶的存取權(quán)限。 （3）使用信息。包括文件的建立日期及時(shí)間、上次存取文件的日期及時(shí)間、當(dāng)前的使用信息等。 以MS-DOS（使用FAT16文件系統(tǒng)）為例，它的每個(gè)文件控制塊包括32個(gè)字節(jié)，其字節(jié)分配情況如圖3-2所示： 圖3-2 MS-DOS的文件控制塊 其中屬性字段占一個(gè)字節(jié)，它的每一位用來表示該文件是否具有某種屬性，如果某一位的值為1，則表示該文件具有該屬性。各位所表示的屬性如表3-1所示： 表3-1 文件屬性對照表 位 7 6 5 4 3 2 1 0 屬性 保留 保留 存檔 子目錄 卷標(biāo) 系統(tǒng)文件 隱藏 只讀 3．根目錄區(qū) FAT12、FAT16的根目錄區(qū)是固定區(qū)域、固定大小的，位于第二個(gè)FAT之后，如圖3-1所示，且占據(jù)若干連續(xù)扇區(qū)，其中FAT12占14個(gè)扇區(qū)，一共224個(gè)根目錄項(xiàng)；而FAT16占32個(gè)扇區(qū)，最多保存512個(gè)目錄項(xiàng)，作為系統(tǒng)區(qū)的一部分。FAT32的根目錄是作為文件處理的，采用與子目錄文件相同的管理方式，其位置不是固定的，不過一般情況也是位于第二個(gè)FAT之后的，其大小可視需要增加，因此根目錄下的文件數(shù)目不再受最多512個(gè)的限制。 3.2.2 幾個(gè)C語言庫函數(shù)介紹 由于我們的文件系統(tǒng)是建立在內(nèi)存的虛擬磁盤上的，在退出文件系統(tǒng)的時(shí)候必須以一個(gè)文件的形式保存到磁盤上；而在啟動文件系統(tǒng)的時(shí)候必須從磁盤上將該文件讀入到內(nèi)存的虛擬磁盤中。下面介紹幾個(gè)可能會用到的C庫函數(shù)，在使用這些庫函數(shù)之前必須包含頭文件“stdio.h”。 1．打開文件函數(shù)fopen() （1）格式：FILE *fopen(const char *filename,const char *mode) （2）功能：按照指定打開方式打開指定文件。 （3）輸入?yún)?shù)說明： filename：待打開的文件名，如果不存在就創(chuàng)建該文件。 mode： 文件打開方式，常用的有： l "r"：為讀而打開文本文件（不存在則出錯(cuò)）。 l "w"：為寫而打開文本文件（若不存在則創(chuàng)建該文件；反之，則從文件起始位置寫,原內(nèi)容將被覆蓋）。 l "a"：為在文件末尾添加數(shù)據(jù)而打開文本文件。（若不存在則創(chuàng)建該文件；反之,在原文件末尾追加）。 l "r+"：為讀和寫而打開文本文件。（讀時(shí)，從頭開始；在寫數(shù)據(jù)時(shí),新數(shù)據(jù)只覆蓋所占的空間，其后不變) 。 l "w+"：首先建立一個(gè)新文件，進(jìn)行寫操作，隨后可以從頭開始讀。(若文件存在，原內(nèi)容將全部消失) 。 l "a+"：功能與"a"相同；只是在文件末尾添加新的數(shù)據(jù)后，可以從頭開始讀。 另外，上述模式字符串中都可以加一個(gè)“b”字符，如rb、wb、ab、rb+、wb+、ab+等組合，字符“b”表示fopen() 函數(shù)打開的文件為二進(jìn)制文件，而非純文字文件。 （4）輸出：一個(gè)指向FILE類型的指針。 2．關(guān)閉文件函數(shù)fclose() （1）格式：int fclose(FILE * stream); （2）功能：用來關(guān)閉先前fopen()打開的一個(gè)文件。此動作會讓緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)寫入文件中，并釋放系統(tǒng)所提供的文件資源。 （3）輸入?yún)?shù)說明： stream：指向要關(guān)閉文件的指針，它是先前執(zhí)行fopen()函數(shù)的返回值。 （4）輸出：若關(guān)閉文件成功則返回0；有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)則返回EOF并把錯(cuò)誤代碼存到errno。 3．讀文件函數(shù)fread() （1）格式：size_t fread( void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream )； （2）功能：讀二進(jìn)制文件到內(nèi)存。 （3）輸入?yún)?shù)說明： buffer：用于存放輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的首地址； stream：使用fopen()打開的文件的指針，用于指示要讀取的文件； size： 每個(gè)數(shù)據(jù)塊的字節(jié)數(shù)； count： 要讀入的數(shù)據(jù)塊的個(gè)數(shù)； size*count：表示要求讀取的字節(jié)數(shù)。 （4）輸出：實(shí)際讀取的數(shù)據(jù)塊的個(gè)數(shù)。 4．寫文件函數(shù)fwrite() （1）格式：size_t fwite(const void *buffer,size_t size,size_t count,FILE *stream)； （2）功能：將數(shù)據(jù)寫到二進(jìn)制文件中。 （3）輸入?yún)?shù)說明： buffer：用于存放輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的首地址； stream：使用fopen()打開的文件的指針，用于指示要寫出的文件； size： 每個(gè)數(shù)據(jù)塊的字節(jié)數(shù)； count： 要寫出的數(shù)據(jù)塊的個(gè)數(shù)； size*count：表示要求寫出的字符數(shù)。 （4）輸出：實(shí)際寫出的數(shù)據(jù)塊的個(gè)數(shù)。 5．判斷文件結(jié)束函數(shù)feof () （1）格式：int feof(FILE * stream) （2）功能：用來判斷是否已讀取到文件末尾。 （3）輸入?yún)?shù)說明： stream：使用fopen()打開的文件的指針，用于指示要判斷的文件。 （4）輸出：如果已讀到文件尾則返回非零值，其他情況返回0。 6．定位文件函數(shù)fseek() （1）格式：int fseek( FILE *stream, long offset, int origin )； （2）功能： 移動文件讀寫指針在文件中的位置。 （3）輸入?yún)?shù)說明： stream：使用fopen()打開的文件的指針，用于指示要定位讀寫指針的文件； offset：位移量，以字節(jié)為單位； origin：初始位置，有三個(gè)常量： SEEK_CUR：讀寫指針當(dāng)前位置； SEEK_SET：文件開頭； SEEK_END：文件末尾。 　　 當(dāng)origin值為SEEK_CUR 或SEEK_END時(shí)，參數(shù)offset可以為負(fù)值。 3.3實(shí)例系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本實(shí)例系統(tǒng)是仿照FAT16文件系統(tǒng)來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，但根目錄沒有采用FAT16的固定位置、固定大小的根目錄區(qū)，而是以根目錄文件的形式來實(shí)現(xiàn)的，這也是目前主流文件系統(tǒng)對根目錄的處理方式。 3.3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1．需要包含的頭文件 （1）#include （2）#include （3）#include （4）#include 2．定義的常量 （1）#define BLOCKSIZE 1024 磁盤塊大小 （2）#define SIZE 1024000 虛擬磁盤空間大小 （3）#define END 65535 FAT中的文件結(jié)束標(biāo)志 （4）#define FREE 0 FAT中盤塊空閑標(biāo)志 （5）#define ROOTBLOCKNUM 2 根目錄區(qū)所占盤塊總數(shù) （6）#define MAXOPENFILE 10 最多同時(shí)打開文件個(gè)數(shù) 3．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （1）文件控制塊FCB 用于記錄文件的描述和控制信息，每個(gè)文件設(shè)置一個(gè)FCB，它也是文件的目錄項(xiàng)的內(nèi)容。 typedef struct FCB //仿照FAT16設(shè)置的 { char filename[8]; //文件名 char exname[3];//文件擴(kuò)展名 unsigned char attribute;//文件屬性字段：為簡單起見，我們只為文件設(shè)置了兩種屬性： //值為0時(shí)表示目錄文件，值為1時(shí)表示數(shù)據(jù)文件 unsigned short time;//文件創(chuàng)建時(shí)間 unsigned short data;//文件創(chuàng)建日期 unsigned short first;//文件起始盤塊號 unsigned long length;//文件長度（字節(jié)數(shù)） char free；//表示目錄項(xiàng)是否為空，若值為0，表示空，值為1，表示已分配 }fcb; （2）文件分配表FAT 在本實(shí)例中，文件分配表有兩個(gè)作用：一是記錄磁盤上每個(gè)文件所占據(jù)的磁盤塊的塊號；二是記錄磁盤上哪些塊已經(jīng)分配出去了，哪些塊是空閑的，即起到了位示圖的作用。若FAT中某個(gè)表項(xiàng)的值為FREE，則表示該表項(xiàng)所對應(yīng)的磁盤塊是空閑的；若某個(gè)表項(xiàng)的值為END，則表示所對應(yīng)的磁盤塊是某文件的最后一個(gè)磁盤塊；若某個(gè)表項(xiàng)的值是其他值，則該值表示某文件的下一個(gè)磁盤塊的塊號。為了提高系統(tǒng)的可靠性，本實(shí)例中設(shè)置了兩張F(tuán)AT表，它們互為備份，每個(gè)FAT占據(jù)兩個(gè)磁盤塊。 typedef struct FAT { unsigned short id; }fat; （3）用戶打開文件表USEROPEN 當(dāng)打開一個(gè)文件時(shí)，必須將文件的目錄項(xiàng)中的所有內(nèi)容全部復(fù)制到內(nèi)存中，同時(shí)還要記錄有關(guān)文件操作的動態(tài)信息，如讀寫指針的值等。在本實(shí)例中實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)用于單用戶單任務(wù)系統(tǒng)的文件系統(tǒng)，為簡單起見，我們把用戶文件描述符表和內(nèi)存FCB表合在一起，稱為用戶打開文件表，表項(xiàng)數(shù)目為10，即一個(gè)用戶最多可同時(shí)打開10個(gè)文件。然后用一個(gè)數(shù)組來描述，則數(shù)組下標(biāo)即某個(gè)打開文件的描述符。另外，我們在用戶打開文件表中還設(shè)置了一個(gè)字段“char dir[80]”，用來記錄每個(gè)打開文件所在的目錄名，以方便用戶打開不同目錄下具有相同文件名的不同文件。 typedef struct USEROPEN { char filename[8]; //文件名 char exname[3];//文件擴(kuò)展名 unsigned char attribute;//文件屬性：值為0時(shí)表示目錄文件，值為1時(shí)表示數(shù)據(jù)文件 unsigned short time;//文件創(chuàng)建時(shí)間 unsigned short data;//文件創(chuàng)建日期 unsigned short first;//文件起始盤塊號 unsigned long length;//文件長度（對數(shù)據(jù)文件是字節(jié)數(shù)，對目錄文件可以是目錄項(xiàng)個(gè)數(shù)） char free；//表示目錄項(xiàng)是否為空，若值為0，表示空，值為1，表示已分配 //前面內(nèi)容是文件的FCB中的內(nèi)容。 // 下面設(shè)置的dirno和diroff記錄了相應(yīng)打開文件的目錄項(xiàng)在父目錄文件中的位置，//這樣如果該文件的fcb被修改了，則要寫回父目錄文件時(shí)比較方便 int dirno; //相應(yīng)打開文件的目錄項(xiàng)在父目錄文件中的盤塊號 int diroff；// 相應(yīng)打開文件的目錄項(xiàng)在父目錄文件的dirno盤塊中的目錄項(xiàng)序號 char dir[MAXOPENFILE][80]; //相應(yīng)打開文件所在的目錄名，這樣方便快速檢查出 //指定文件是否已經(jīng)打開 int count; //讀寫指針在文件中的位置 char fcbstate; //是否修改了文件的FCB的內(nèi)容，如果修改了置為1，否則為0 char topenfile; //表示該用戶打開表項(xiàng)是否為空，若值為0，表示為空，否則表示已 //被某打開文件占據(jù) }useropen; （4）引導(dǎo)塊BLOCK0 在引導(dǎo)塊中主要存放邏輯磁盤的相關(guān)描述信息，比如磁盤塊大小、磁盤塊數(shù)量、文件分配表、根目錄區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)在磁盤上的起始位置等。如果是引導(dǎo)盤，還要存放操作系統(tǒng)的引導(dǎo)信息。本實(shí)例是在內(nèi)存的虛擬磁盤中創(chuàng)建一個(gè)文件系統(tǒng)，因此所包含的內(nèi)容比較少，只有磁盤塊大小、磁盤塊數(shù)量、數(shù)據(jù)區(qū)開始位置、根目錄文件開始位置等。 typedef struct BLOCK0 //引導(dǎo)塊內(nèi)容 { //存儲一些描述信息，如磁盤塊大小、磁盤塊數(shù)量、最多打開文件數(shù)等、 char information[200]; unsigned short root; //根目錄文件的起始盤塊號 unsigned char *startblock; //虛擬磁盤上數(shù)據(jù)區(qū)開始位置 }block0; 4．全局變量定義 （1）unsigned char *myvhard： 指向虛擬磁盤的起始地址 （2）useropen openfilelist[MAXOPENFILE]： 用戶打開文件表數(shù)組 （3）useropen *ptrcurdir： 指向用戶打開文件表中的當(dāng)前目錄所在打開文件表項(xiàng)的位置； （4）char currentdir[80]： 記錄當(dāng)前目錄的目錄名（包括目錄的路徑） （5）unsigned char* startp： 記錄虛擬磁盤上數(shù)據(jù)區(qū)開始位置 5．虛擬磁盤空間布局 由于真正的磁盤操作需要涉及到設(shè)備的驅(qū)動程序，所以本實(shí)例是在內(nèi)存中申請一塊空間作為虛擬磁盤使用，我們的文件系統(tǒng)就建立在這個(gè)虛擬磁盤上。虛擬磁盤一共劃分成1000個(gè)磁盤塊，每個(gè)塊1024個(gè)字節(jié)，其布局格式是模仿FAT文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，其中引導(dǎo)塊占一個(gè)盤塊，兩張F(tuán)AT各占2個(gè)盤塊，剩下的空間全部是數(shù)據(jù)區(qū)，在對虛擬磁盤進(jìn)行格式化的時(shí)候，將把數(shù)據(jù)區(qū)第1塊（即虛擬磁盤的第6塊）分配給根目錄文件，如圖3-3所示： 圖3-3 虛擬磁盤空間布局 當(dāng)然，也可以仿照FAT16文件系統(tǒng)，設(shè)置根目錄區(qū)，其位置緊跟第2張F(tuán)AT后面，大小也是固定的，這個(gè)思路相對要簡單一點(diǎn)，請同學(xué)們自己去實(shí)現(xiàn)。 3.3.2 實(shí)例主要命令及函數(shù)設(shè)計(jì) 1．系統(tǒng)主函數(shù)main() （1）對應(yīng)命令：無 （2）命令調(diào)用格式：無 （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void main() （4）功能：系統(tǒng)主函數(shù) （5）輸入：無 （6）輸出：無 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 對前面定義的全局變量進(jìn)行初始化； ② 調(diào)用startsys()進(jìn)入文件系統(tǒng)； ③ 列出文件系統(tǒng)提供的各項(xiàng)功能及命令調(diào)用格式； ④ 顯示命令行提示符，等待用戶輸入命令； ⑤ 將用戶輸入的命令保存到一個(gè)buf中； ⑥ 對buf中的內(nèi)容進(jìn)行命令解析，并調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)執(zhí)行用戶鍵入的命令； ⑦ 如果命令不是“my_exitsys”，則命令執(zhí)行完畢后轉(zhuǎn)④。 2. 進(jìn)入文件系統(tǒng)函數(shù)startsys() （1）對應(yīng)命令：無 （2）命令調(diào)用格式：無 （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void startsys() （4）功能：由main()函數(shù)調(diào)用，進(jìn)入并初始化我們所建立的文件系統(tǒng)，以供用戶使用。 （5）輸入：無 （6）輸出：無。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 申請?zhí)摂M磁盤空間； ② 使用c語言的庫函數(shù)fopen()打開myfsys文件：若文件存在，則轉(zhuǎn)③；若文件不存在，則創(chuàng)建之，轉(zhuǎn)⑤ ③ 使用c語言的庫函數(shù)fread()讀入myfsys文件內(nèi)容到用戶空間中的一個(gè)緩沖區(qū)中，并判斷其開始的8個(gè)字節(jié)內(nèi)容是否為“10101010”（文件系統(tǒng)魔數(shù)），如果是，則轉(zhuǎn)④；否則轉(zhuǎn)⑤； ④ 將上述緩沖區(qū)中的內(nèi)容復(fù)制到內(nèi)存中的虛擬磁盤空間中；轉(zhuǎn)⑦ ⑤ 在屏幕上顯示“myfsys文件系統(tǒng)不存在，現(xiàn)在開始創(chuàng)建文件系統(tǒng)”信息，并調(diào)用my_format()對①中申請到的虛擬磁盤空間進(jìn)行格式化操作。轉(zhuǎn)⑥； ⑥ 將虛擬磁盤中的內(nèi)容保存到myfsys文件中；轉(zhuǎn)⑦ ⑦ 使用c語言的庫函數(shù)fclose()關(guān)閉myfsys文件； ⑧ 初始化用戶打開文件表，將表項(xiàng)0分配給根目錄文件使用，并填寫根目錄文件的相關(guān)信息，由于根目錄沒有上級目錄，所以表項(xiàng)中的dirno和diroff分別置為5（根目錄所在起始塊號）和0；并將ptrcurdir指針指向該用戶打開文件表項(xiàng)。 ⑨ 將當(dāng)前目錄設(shè)置為根目錄。 3．磁盤格式化函數(shù)my_format() （1）對應(yīng)命令：my_format （2）命令調(diào)用格式：my_format （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void my_format() （4）功能：對虛擬磁盤進(jìn)行格式化，布局虛擬磁盤，建立根目錄文件（或根目錄區(qū)）。 （5）輸入：無 （6）輸出：無。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 將虛擬磁盤第一個(gè)塊作為引導(dǎo)塊，開始的8個(gè)字節(jié)是文件系統(tǒng)的魔數(shù)，記為“10101010”；在之后寫入文件系統(tǒng)的描述信息，如FAT表大小及位置、根目錄大小及位置、盤塊大小、盤塊數(shù)量、數(shù)據(jù)區(qū)開始位置等信息； ② 在引導(dǎo)塊后建立兩張完全一樣的FAT表，用于記錄文件所占據(jù)的磁盤塊及管理虛擬磁盤塊的分配，每個(gè)FAT占據(jù)兩個(gè)磁盤塊；對于每個(gè)FAT中，前面5個(gè)塊設(shè)置為已分配，后面995個(gè)塊設(shè)置為空閑； ③ 在第二張F(tuán)AT后創(chuàng)建根目錄文件root，將數(shù)據(jù)區(qū)的第1塊（即虛擬磁盤的第6塊）分配給根目錄文件，在該磁盤上創(chuàng)建兩個(gè)特殊的目錄項(xiàng)：“.”和“..”，其內(nèi)容除了文件名不同之外，其他字段完全相同。 4．更改當(dāng)前目錄函數(shù)my_cd() （1）對應(yīng)命令：my_cd （2）命令調(diào)用格式：my_cd dirname （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void my_cd(char *dirname) （4）功能：改變當(dāng)前目錄到指定的名為dirname的目錄。 （5）輸入： dirname：新的當(dāng)前目錄的目錄名； （6）輸出：無 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 調(diào)用my_open()打開指定目錄名的父目錄文件，并調(diào)用do_read()讀入該父目錄文件內(nèi)容到內(nèi)存中； ② 在父目錄文件中檢查新的當(dāng)前目錄名是否存在，如果存在則轉(zhuǎn)③，否則返回，并顯示出錯(cuò)信息； ③ 調(diào)用my_close()關(guān)閉①中打開的父目錄文件； ④ 調(diào)用my_close()關(guān)閉原當(dāng)前目錄文件； ⑤ 如果新的當(dāng)前目錄文件沒有打開，則打開該目錄文件；并將ptrcurdir指向該打開文件表項(xiàng)； ⑥ 設(shè)置當(dāng)前目錄為該目錄。 5．創(chuàng)建子目錄函數(shù)my_mkdir() （1）對應(yīng)命令：my_mkdir （2）命令調(diào)用格式：my_ mkdir dirname （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void my_mkdir(char *dirname) （4）功能：在當(dāng)前目錄下創(chuàng)建名為dirname的子目錄。 （5）輸入： dirname：新建目錄的目錄名。 （6）輸出：無。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 調(diào)用do_read()讀入當(dāng)前目錄文件內(nèi)容到內(nèi)存，檢查當(dāng)前目錄下新建目錄文件是否重名，若重名則返回，并顯示錯(cuò)誤信息； ② 為新建子目錄文件分配一個(gè)空閑打開文件表項(xiàng)，如果沒有空閑表項(xiàng)則返回-1，并顯示錯(cuò)誤信息； ③ 檢查FAT是否有空閑的盤塊，如有則為新建目錄文件分配一個(gè)盤塊，否則釋放①中分配的打開文件表項(xiàng)，返回，并顯示錯(cuò)誤信息； ④ 在當(dāng)前目錄中為新建目錄文件尋找一個(gè)空閑的目錄項(xiàng)或?yàn)槠渥芳右粋€(gè)新的目錄項(xiàng);需修改當(dāng)前目錄文件的長度信息，并將當(dāng)前目錄文件的用戶打開文件表項(xiàng)中的fcbstate置為1； ⑤ 準(zhǔn)備好新建目錄文件的FCB的內(nèi)容，文件的屬性為目錄文件，以覆蓋寫方式調(diào)用do_write()將其填寫到對應(yīng)的空目錄項(xiàng)中； ⑥ 在新建目錄文件所分配到的磁盤塊中建立兩個(gè)特殊的目錄項(xiàng)“.”和“..”目錄項(xiàng)，方法是：首先在用戶空間中準(zhǔn)備好內(nèi)容，然后以截?cái)鄬懟蛘吒采w寫方式調(diào)用do_write()將其寫到③中分配到的磁盤塊中； ⑦ 返回。 6．刪除子目錄函數(shù)rmdir() （1）對應(yīng)命令：my_ rmdir （2）命令調(diào)用格式：my_ rmdir dirname （1）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void my_rmdir(char *dirname) （2）功能：在當(dāng)前目錄下刪除名為dirname的子目錄。 （3）輸入： dirname：欲刪除目錄的目錄名。 （4）輸出：無。 （5）函數(shù)需完成的工作： ① 調(diào)用do_read()讀入當(dāng)前目錄文件內(nèi)容到內(nèi)存，檢查當(dāng)前目錄下欲刪除目錄文件是否存在，若不存在則返回，并顯示錯(cuò)誤信息； ② 檢查欲刪除目錄文件是否為空（除了“.”和“..”外沒有其他子目錄和文件），可根據(jù)其目錄項(xiàng)中記錄的文件長度來判斷，若不為空則返回，并顯示錯(cuò)誤信息； ③ 檢查該目錄文件是否已經(jīng)打開，若已打開則調(diào)用my_close()關(guān)閉掉； ④ 回收該目錄文件所占據(jù)的磁盤塊，修改FAT； ⑤ 從當(dāng)前目錄文件中清空該目錄文件的目錄項(xiàng)，且free字段置為0：以覆蓋寫方式調(diào)用do_write()來實(shí)現(xiàn)； ⑥ 修改當(dāng)前目錄文件的用戶打開表項(xiàng)中的長度信息，并將表項(xiàng)中的fcbstate置為1； ⑦ 返回。 7．顯示目錄函數(shù)my_ls() （1）對應(yīng)命令：my_ls （2）命令調(diào)用格式：my_ls （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void my_ls(void) （4）功能：顯示當(dāng)前目錄的內(nèi)容（子目錄和文件信息）。 （5）輸入：無 （6）輸出：無 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 調(diào)用do_read()讀出當(dāng)前目錄文件內(nèi)容到內(nèi)存； ② 將讀出的目錄文件的信息按照一定的格式顯示到屏幕上； ③ 返回。 8．創(chuàng)建文件函數(shù)my_create() （1）對應(yīng)命令：my_create （2）命令調(diào)用格式：my_create filename （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：int my_create (char *filename) （4）功能：創(chuàng)建名為filename的新文件。 （5）輸入： filename：新建文件的文件名，可能包含路徑。 （6）輸出：若創(chuàng)建成功，返回該文件的文件描述符（文件打開表中的數(shù)組下標(biāo)）；否則返回-1。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 為新文件分配一個(gè)空閑打開文件表項(xiàng)，如果沒有空閑表項(xiàng)則返回-1，并顯示錯(cuò)誤信息； ② 若新文件的父目錄文件還沒有打開，則調(diào)用my_open()打開；若打開失敗，則釋放①中為新建文件分配的空閑文件打開表項(xiàng)，返回-1，并顯示錯(cuò)誤信息； ③ 調(diào)用do_read()讀出該父目錄文件內(nèi)容到內(nèi)存，檢查該目錄下新文件是否重名，若重名則釋放①中分配的打開文件表項(xiàng)，并調(diào)用my_close()關(guān)閉②中打開的目錄文件；然后返回-1，并顯示錯(cuò)誤信息； ④ 檢查FAT是否有空閑的盤塊，如有則為新文件分配一個(gè)盤塊，否則釋放①中分配的打開文件表項(xiàng)，并調(diào)用my_close()關(guān)閉②中打開的目錄文件；返回-1，并顯示錯(cuò)誤信息； ⑤ 在父目錄中為新文件尋找一個(gè)空閑的目錄項(xiàng)或?yàn)槠渥芳右粋€(gè)新的目錄項(xiàng);需修改該目錄文件的長度信息，并將該目錄文件的用戶打開文件表項(xiàng)中的fcbstate置為1； ⑥ 準(zhǔn)備好新文件的FCB的內(nèi)容，文件的屬性為數(shù)據(jù)文件，長度為0，以覆蓋寫方式調(diào)用do_write()將其填寫到⑤中分配到的空目錄項(xiàng)中； ⑦ 為新文件填寫①中分配到的空閑打開文件表項(xiàng)，fcbstate字段值為0，讀寫指針值為0； ⑧ 調(diào)用my_close()關(guān)閉②中打開的父目錄文件； ⑨ 將新文件的打開文件表項(xiàng)序號作為其文件描述符返回。 9．刪除文件函數(shù)my_rm() （1）對應(yīng)命令：my_rm （2）命令調(diào)用格式：my_rm filename （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void my_rm(char *filename) （4）功能：刪除名為filename的文件。 （5）輸入： filename：欲刪除文件的文件名，可能還包含路徑。 （6）輸出：無。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 若欲刪除文件的父目錄文件還沒有打開，則調(diào)用my_open()打開；若打開失敗，則返回，并顯示錯(cuò)誤信息； ② 調(diào)用do_read()讀出該父目錄文件內(nèi)容到內(nèi)存，檢查該目錄下欲刪除文件是否存在，若不存在則返回，并顯示錯(cuò)誤信息； ③ 檢查該文件是否已經(jīng)打開，若已打開則關(guān)閉掉； ④ 回收該文件所占據(jù)的磁盤塊，修改FAT； ⑤ 從文件的父目錄文件中清空該文件的目錄項(xiàng)，且free字段置為0：以覆蓋寫方式調(diào)用do_write()來實(shí)現(xiàn)；； ⑥ 修改該父目錄文件的用戶打開文件表項(xiàng)中的長度信息，并將該表項(xiàng)中的fcbstate置為1； ⑦ 返回。 10．打開文件函數(shù)my_open() （1）對應(yīng)命令：my_open （2）命令調(diào)用格式：my_open filename （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：int my_open(char *filename) （4）功能：打開當(dāng)前目錄下名為filename的文件。 （5）輸入： filename：欲打開文件的文件名 （6）輸出：若打開成功，返回該文件的描述符（在用戶打開文件表中表項(xiàng)序號）；否則返回-1。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 檢查該文件是否已經(jīng)打開，若已打開則返回-1，并顯示錯(cuò)誤信息； ② 調(diào)用do_read()讀出父目錄文件的內(nèi)容到內(nèi)存，檢查該目錄下欲打開文件是否存在，若不存在則返回-1，并顯示錯(cuò)誤信息； ③ 檢查用戶打開文件表中是否有空表項(xiàng)，若有則為欲打開文件分配一個(gè)空表項(xiàng)，若沒有則返回-1，并顯示錯(cuò)誤信息； ④ 為該文件填寫空白用戶打開文件表表項(xiàng)內(nèi)容，讀寫指針置為0； ⑤ 將該文件所分配到的空白用戶打開文件表表項(xiàng)序號（數(shù)組下標(biāo)）作為文件描述符fd返回。 11．關(guān)閉文件函數(shù)my_close() （1）對應(yīng)命令：my_close （2）命令調(diào)用格式：my_close fd （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void my_close(int fd) （4）功能：關(guān)閉前面由my_open()打開的文件描述符為fd的文件。 （5）輸入： fd：文件描述符。 （6）輸出：無。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 檢查fd的有效性（fd不能超出用戶打開文件表所在數(shù)組的最大下標(biāo)），如果無效則返回-1； ② 檢查用戶打開文件表表項(xiàng)中的fcbstate字段的值，如果為1則需要將該文件的FCB的內(nèi)容保存到虛擬磁盤上該文件的目錄項(xiàng)中，方法是：打開該文件的父目錄文件，以覆蓋寫方式調(diào)用do_write()將欲關(guān)閉文件的FCB寫入父目錄文件的相應(yīng)盤塊中； ③ 回收該文件占據(jù)的用戶打開文件表表項(xiàng)（進(jìn)行清空操作），并將topenfile字段置為0； ④ 返回。 12．寫文件函數(shù)my_write() （1）對應(yīng)命令：my_write （2）命令調(diào)用格式：my_write fd （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：int my_write(int fd) （4）功能：將用戶通過鍵盤輸入的內(nèi)容寫到fd所指定的文件中。磁盤文件的讀寫操作都必須以完整的數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行，在寫操作時(shí)，先將數(shù)據(jù)寫在緩沖區(qū)中，緩沖區(qū)的大小與磁盤塊的大小相同，然后再將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)一次性寫到磁盤塊中；讀出時(shí)先將一個(gè)磁盤塊中的內(nèi)容讀到緩沖區(qū)中，然后再傳送到用戶區(qū)。本實(shí)例為了簡便起見，沒有設(shè)置緩沖區(qū)管理，只是在讀寫文件時(shí)由用戶使用malloc()申請一塊空間作為緩沖區(qū)，讀寫操作結(jié)束后使用free()釋放掉。 寫操作常有三種方式：截?cái)鄬憽⒏采w寫和追加寫。截?cái)鄬懯欠艞壴瓉砦募膬?nèi)容，重新寫文件；覆蓋寫是修改文件在當(dāng)前讀寫指針?biāo)傅奈恢瞄_始的部分內(nèi)容；追加寫是在原文件的最后添加新的內(nèi)容。在本實(shí)例中，輸入寫文件命令后，系統(tǒng)會出現(xiàn)提示讓用戶選擇其中的一種寫方式，并將隨后鍵盤輸入的內(nèi)容按照所選的方式寫到文件中，鍵盤輸入內(nèi)容通過CTR+Z鍵（或其他設(shè)定的鍵）結(jié)束。 （5）輸入： fd： open()函數(shù)的返回值，文件的描述符； （6）輸出：實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 檢查fd的有效性（fd不能超出用戶打開文件表所在數(shù)組的最大下標(biāo)），如果無效則返回-1，并顯示出錯(cuò)信息； ② 提示并等待用戶輸入寫方式：（1：截?cái)鄬懀?：覆蓋寫；3：追加寫） ③ 如果用戶要求的寫方式是截?cái)鄬?，則釋放文件除第一塊外的其他磁盤空間內(nèi)容（查找并修改FAT表），將內(nèi)存用戶打開文件表項(xiàng)中文件長度修改為0，將讀寫指針置為0并轉(zhuǎn)④；如果用戶要求的寫方式是追加寫，則修改文件的當(dāng)前讀寫指針位置到文件的末尾，并轉(zhuǎn)④；如果寫方式是覆蓋寫，則直接轉(zhuǎn)④； ④ 提示用戶：整個(gè)輸入內(nèi)容通過CTR+Z鍵（或其他設(shè)定的鍵）結(jié)束；用戶可分多次輸入寫入內(nèi)容，每次用回車結(jié)束； ⑤ 等待用戶從鍵盤輸入文件內(nèi)容，并將用戶的本次輸入內(nèi)容保存到一臨時(shí)變量text[]中，要求每次輸入以回車結(jié)束，全部結(jié)束用CTR+Z鍵（或其他設(shè)定的鍵）； ⑥ 調(diào)用do_write()函數(shù)將通過鍵盤鍵入的內(nèi)容寫到文件中。 ⑦ 如果do_write()函數(shù)的返回值為非負(fù)值，則將實(shí)際寫入字節(jié)數(shù)增加do_write()函數(shù)返回值，否則顯示出錯(cuò)信息，并轉(zhuǎn)⑨； ⑧ 如果text[]中最后一個(gè)字符不是結(jié)束字符CTR+Z，則轉(zhuǎn)⑦繼續(xù)進(jìn)行寫操作；否則轉(zhuǎn)⑨； ⑨ 如果當(dāng)前讀寫指針位置大于用戶打開文件表項(xiàng)中的文件長度，則修改打開文件表項(xiàng)中的文件長度信息，并將fcbstate置1； ⑩ 返回實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)。 13．實(shí)際寫文件函數(shù)do_write() （1）對應(yīng)命令：無 （2）命令調(diào)用格式：無 （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：int my_write(int fd，char *text，int len，char wstyle) （4）功能：被寫文件函數(shù)my_write()調(diào)用，用來將鍵盤輸入的內(nèi)容寫到相應(yīng)的文件中去。 （5）輸入： fd： open()函數(shù)的返回值，文件的描述符； text：指向要寫入的內(nèi)容的指針； len：本次要求寫入字節(jié)數(shù) wstyle：寫方式 （6）輸出：實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 用malloc()申請1024B的內(nèi)存空間作為讀寫磁盤的緩沖區(qū)buf，申請失敗則返回-1，并顯示出錯(cuò)信息； ② 將讀寫指針轉(zhuǎn)化為邏輯塊塊號和塊內(nèi)偏移off，并利用打開文件表表項(xiàng)中的首塊號及FAT表的相關(guān)內(nèi)容將邏輯塊塊號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的磁盤塊塊號blkno；如果找不到對應(yīng)的磁盤塊，則需要檢索FAT為該邏輯塊分配一新的磁盤塊，并將對應(yīng)的磁盤塊塊號blkno登記到FAT中，若分配失敗，則返回-1，并顯示出錯(cuò)信息； ③ 如果是覆蓋寫，或者如果當(dāng)前讀寫指針?biāo)鶎?yīng)的塊內(nèi)偏移off不等于0，則將塊號為blkno的虛擬磁盤塊全部1024B的內(nèi)容讀到緩沖區(qū)buf中；否則便用ASCII碼0清空buf； ④ 將text中未寫入的內(nèi)容暫存到緩沖區(qū)buff的第off字節(jié)開始的位置，直到緩沖區(qū)滿，或者接收到結(jié)束字符CTR+Z為止；將本次寫入字節(jié)數(shù)記錄到tmplen中； ⑤ 將buf中1024B的內(nèi)容寫入到塊號為blkno的虛擬磁盤塊中； ⑥將當(dāng)前讀寫指針修改為原來的值加上tmplen；并將本次實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)增加tmplen； ⑦ 如果tmplen小于len，則轉(zhuǎn)②繼續(xù)寫入；否則轉(zhuǎn)⑧； ⑧ 返回本次實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)。 14．讀文件函數(shù)my_read() （1）對應(yīng)命令：my_read （2）命令調(diào)用格式：my_read fd len （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：int myread (int fd, int len) （4）功能：讀出指定文件中從讀寫指針開始的長度為len的內(nèi)容到用戶空間中。 （5）輸入： fd： open()函數(shù)的返回值，文件的描述符； len: 要從文件中讀出的字節(jié)數(shù)。 （6）輸出：實(shí)際讀出的字節(jié)數(shù)。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 定義一個(gè)字符型數(shù)組text[len]，用來接收用戶從文件中讀出的文件內(nèi)容； ② 檢查fd的有效性（fd不能超出用戶打開文件表所在數(shù)組的最大下標(biāo)），如果無效則返回-1，并顯示出錯(cuò)信息； ③ 調(diào)用do_read()將指定文件中的len字節(jié)內(nèi)容讀出到text[]中； ④ 如果do_read()的返回值為負(fù)，則顯示出錯(cuò)信息；否則將text[]中的內(nèi)容顯示到屏幕上； ⑤ 返回。 15．實(shí)際讀文件函數(shù)do_read() （1）對應(yīng)命令：無 （2）命令調(diào)用格式：無 （3）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：int do_read (int fd, int len,char *text) （4）功能：被my_read()調(diào)用，讀出指定文件中從讀寫指針開始的長度為len的內(nèi)容到用戶空間的text中。 （5）輸入： fd： open()函數(shù)的返回值，文件的描述符； len: 要求從文件中讀出的字節(jié)數(shù)。 text：指向存放讀出數(shù)據(jù)的用戶區(qū)地址 （6）輸出：實(shí)際讀出的字節(jié)數(shù)。 （7）函數(shù)需完成的工作： ① 使用malloc()申請1024B空間作為緩沖區(qū)buf，申請失敗則返回-1，并顯示出錯(cuò)信息； ② 將讀寫指針轉(zhuǎn)化為邏輯塊塊號及塊內(nèi)偏移量off，利用打開文件表表項(xiàng)中的首塊號查找FAT表，找到該邏輯塊所在的磁盤塊塊號；將該磁盤塊塊號轉(zhuǎn)化為虛擬磁盤上的內(nèi)存位置； ③ 將該內(nèi)存位置開始的1024B（一個(gè)磁盤塊）內(nèi)容讀入buf中； ④ 比較buf中從偏移量off開始的剩余字節(jié)數(shù)是否大于等于應(yīng)讀寫的字節(jié)數(shù)len，如果是，則將從off開始的buf中的len長度的內(nèi)容讀入到text[]中；否則，將從off開始的buf中的剩余內(nèi)容讀入到text[]中； ⑤ 將讀寫指針增加④中已讀字節(jié)數(shù)，將應(yīng)讀寫的字節(jié)數(shù)len減去④中已讀字節(jié)數(shù)，若len大于0，則轉(zhuǎn)②；否則轉(zhuǎn)⑥； ⑥ 使用free()釋放①中申請的buf。 ⑦ 返回實(shí)際讀出的字節(jié)數(shù)。 16. 退出文件系統(tǒng)函數(shù)my_exitsys() （1）對應(yīng)命令：my_exitsys （2）命令調(diào)用格式：my_ exitsys （1）函數(shù)設(shè)計(jì)格式：void my_exitsys() （2）功能：退出文件系統(tǒng)。 （3）輸入：無 （4）輸出：無。 （5）函數(shù)需完成的工作： ① 使用C庫函數(shù)fopen()打開磁盤上的myfsys文件； ② 將虛擬磁盤空間中的所有內(nèi)容保存到磁盤上的myfsys文件中； ③ 使用c語言的庫函數(shù)fclose()關(guān)閉myfsys文件； ④ 撤銷用戶打開文件表，釋放其內(nèi)存空間 ⑤ 釋放虛擬磁盤空間。