实验4 文件系统模拟

实验4 文件系统模拟

一、实验目的：

设计和实现基于FAT12的模拟磁盘卷及其I/O系统的文件存取操作基本功能函数，深入领会和理解文件系统的体系结构、工作原理和设计要领。

二、实验设计

1.根据FAT12设计模拟磁盘（1.44MB软盘映像文件）的磁盘组

织结构及文件或空闲盘块管理方法与描述用数据结构，并实现

模拟磁盘的创建和格式化操作。

2.设计和实现模拟磁盘I/O操作暨物理盘块与缓冲区（缓冲区与

物理盘块大小相同）间数据交互的两个函数。

3.构建和提供用户与文件系统之间的基本接口，包括目录和文件

的创建、重命名、删除和显示操作，目录的进入操作以及文件

的定位及读、写操作。

4.测试系统功能并给出有效证据。

三、源程序清单和说明

#include

#include

#include

#define BlockSize 512

#define DirSize 32

#define RootSize 2

struct ReserveBlock{

int sysblocknum;/*文件系统总扇区数*/

int resblocknum;/*保留扇区扇区数*/

int fatblocknum;/*FA T表扇区数*/

int rootblocknum;/*根目录区扇区数*/

char fillchar[BlockSize-4*sizeof(int)];/*填充字节*/

};

struct DirBlock{

char filename[11]; /*文件名限长11个字符*/

char

fillchar[DirSize-4*sizeof(int)-sizeof(long int)-11];/*填充字节*/

long filelen; /*文件长度*/

int year,month,day; /*日期*/

int firstblockaddr; /*文件首块扇区号*/

};

struct FCBBlock{

int fileid; /*文件标识*/

struct DirBlock fileinfo; /*目录信息*/

long filepos; /*文件读写指针*/

int fdtblockaddr; /*目录项所在块号*/

int fdtblockindex; /*目录项所在块内序号*/

struct FCBBlock *next;/*指向下一个文件控制块的指针*/

};

struct ReserveBlock sys1;

struct FCBBlock *fcb;

struct DirBlock fil[32],*dir;/*目录项*/ int *fat1;

char *str,*ptr;

char fillchar[BlockSize];

FILE *fp;

FILE *OPENSYS(char *filename){

int i;

fp=fopen(filename,"rb+");

fread(&sys1,1,BlockSize,fp);

fat1=(int *)malloc(sys1.sysblocknum);

for(i=0;i

fread(fat1,sizeof(int)*sys1.sysblocknum,1,fp); /*把基本的文件系统都读进来*/

fseek(fp,(sys1.fatblocknum+sys1.resblocknum )*BlockSize,0);/*修改文件指针的位置*/ dir=fil;/*目录指针*/

fread(dir,DirSize*32,1,fp);

return fp;

}

int CLOSESYS(FILE *stream){

int i;

fseek(stream,sys1.resblocknum*BlockSize,0);

fwrite(fat1,sizeof(int)*sys1.sysblocknum,1,str eam);

fseek(fp,(sys1.fatblocknum+sys1.resblocknum )*BlockSize,0);

fwrite(dir,DirSize*32,1,fp);

fclose(fp);

return 1;

}

int FCREA TE(char *filename)/*建立文件*/ {

int i,flag=0,j,k=0,flag1=0,flag2=0,a;

int n,m;

while(1)

{a=strlen(filename);/*文件名长度*/

if(a>10)

{printf("文件名过长\n");

printf("请重新输入:");

scanf("%s",filename);

}

else

break;

}

while(1){

for(i=0;i<32;i++)

if(strcmp(filename,fil[i].filename)==0){

printf("该文件名已存在\n");

printf("请重新输入:");

flag1=1;

break;

}

if(flag1==0)

break;

scanf("%s",filename);

flag1=0;

}

for(i=(sys1.fatblocknum+sys1.resblocknum+s ys1.rootblocknum);i

flag++;/*统计磁盘上为空数目*/

if(flag==0)

{ printf("磁盘已满");/*统计结果为0,则磁盘已满*/

return 0;

}

printf("空闲块数:%d\n",flag);

printf("请输入文件长度:");

for(j=0;j<32;j++)

if(fil[j].firstblockaddr==0)

break;

while(1)

{scanf("%d",&dir[j].filelen);/*输入目录项中文件的长度*/

n=(dir[j].filelen/BlockSize)+(dir[j].filelen%Bl ockSize?1:0);

if(n<0||n>flag)/*文件长度小于0或大于空闲的空间*/

{printf("文件长度过长\n");

printf("请重新输入:");

}

else

break;

}

for(i=(sys1.fatblocknum+sys1.resblocknum+s ys1.rootblocknum);i

{ if(fat1[i]==0){

k++;

if(flag2==0)

{ dir[j].firstblockaddr=i+1;

flag2=1;

}

else

{ if(k>=n)/*n 文件长度*/

{ fat1[m]=i+1;

fat1[i]=-1;

break;

}

else

fat1[m]=i+1;

}

m=i;

}

}

strcpy(dir[j].filename,filename);

dir[j].filename[a]='\0';

printf("请输入年份:");

scanf("%d",&dir[j].year);

printf("请输入月份:");

scanf("%d",&dir[j].month);

printf("请输入日期:");

scanf("%d",&dir[j].day);

return (1);

}

void LISTDIR(void)/*显示目录*/

{

int i,flag=0;

for(i=0;i<32;i++){

if(fil[i].firstblockaddr!=0){

if(flag==0)

printf("filename \n");

flag=1; /*标示*/

printf("%s\n",fil[i].filename);

}

}

}

int FDELETE(char *filename)/*删除文件*/ {int i,j,k,n,flag=0;

struct FCBBlock *p;/*文件控制块指针*/

p=fcb;

while(p){

if(strcmp(filename,fil[p->fdtblockindex].filen ame)==0)/*目录项所在内序号*/

{printf("文件已经打开，请先关闭文件\n");

return 0;

}

else

p=p->next;

}

for(i=0;i<32;i++)/*查找要关闭的文件*/

if(strcmp(filename,fil[i].filename)==0)

{ flag=1;

break;

}

if(flag==0)

{printf("文件不存在\n");

return 0;

}

j=fil[i].firstblockaddr;

while(1){

k=fat1[j-1];

fseek(fp,(j-1)*BlockSize,0);/*将指针指向文件的第一个扇区的位置*/

fwrite(&fillchar,1,BlockSize,fp);

fat1[j-1]=0;

if(k==-1)

break;

else

j=k;

}

memset(&fil[i],0,DirSize);

return 1;

}

int FOPEN(char *filename)/*打开文件*/ {

int i,j=0,k,flag=0;

struct FCBBlock *p,*q,*r;

p=fcb;

for(i=0;i<32;i++)

if(strcmp(filename,fil[i].filename)==0)/*找到要打开的文件*/

{ flag=1;

break;

}

if(flag==0)

{printf("文件不存在\n");

return 0;

}

while(p)

{j++;

if(strcmp(filename,fil[p->fdtblockindex].filen ame)==0)

{

printf("文件已打开\n");

return 0;

}

q=p;

p=p->next;

}

if(fcb==NULL)

{ fcb=(struct FCBBlock *)malloc(sizeof(struct FCBBlock));

fcb->fileid=j+1;/*文件标示*/

fcb->filepos=0;/*文件读写指针*/

fcb->next=NULL;/*指向下一个文件控制指针*/

fcb->fdtblockindex=i;

}

else

{ r=(struct FCBBlock *)malloc(sizeof(struct FCBBlock));

r->fileid=j+1;

r->filepos=0;

r->next=NULL;

r->fdtblockindex=i;

q->next=r;

}

/*f->next=NULL; */

return 1;

}

long FGETLEN(int fileid)/*获取文件指针*/ { struct FCBBlock *p;

p=fcb;

while(p)

{if(p->fileid==fileid)/*寻找要找的指针*/

return(p->filepos);

p=p->next;

}

printf("error\n");

return(0);

}

int FCLOSE(char *filename)/*关闭文件*/ { int flag=0;

struct FCBBlock *f,*p;

f=fcb;

if(strcmp(filename,fil[fcb->fdtblockindex].file name)==0)

{ flag=1;

fcb=fcb->next;

p=fcb;

while(p)

{p->fileid-=1;

p=p->next;

}

return flag;

}

p=f;

f=f->next;

while(f)

{

if(strcmp(filename,fil[f->fdtblockindex].filena me)==0)

{ flag=1;

p=f->next;

/*p=p->next;*/

while(p)

{ p=p->next;

p->fileid-=1;

}

free(f);

return flag;

}

p=f;

f=f->next;

}

if(flag==0)

{ printf("文件未打开\n'");

return flag;

}

return 0;

}

int FREAD(char *str, int n, int fileid)/*文件块读*/

{ int m,i,j=0,k,l,len;

char a[3];

struct FCBBlock *p;

p=fcb;

while(p)

{if(p->fileid==fileid)

break;

else

p=p->next;

}

len=fil[p->fdtblockindex].filelen;/*文件长度*/

l=p->filepos;/*文件读写指针:该块在文件的相对位置*/

printf("现在打开文件:");

printf("%d\n",l);

printf("是否读入这个文件?(Y/N):");

scanf("%s",a);

if(a[0]=='n'||a[0]=='N')

{printf("输入内容:");

while(1)

{scanf("%d",&l);

if(fil[p->fdtblockindex].filelen<(l+n))/*？*/

printf("too large!\ninput again:");

else

break;

}

}

while(1)

{

if(n>fil[p->fdtblockindex].filelen)

{printf("too large!\n");

printf("input read size,again:");

scanf("%d",&n);

}

else

break;

}

str=(char

*)malloc(fil[p->fdtblockindex].filelen+1);

m=(len/BlockSize)+(len%BlockSize?1:0);

k=fil[p->fdtblockindex].firstblockaddr;

if(m>1)

{ fseek(fp,(k-1)*BlockSize,0);

fread(str,BlockSize,1,fp);

k=fat1[k-1];

for(i=1;i<(m-1);i++)

{fseek(fp,fat1[k-1]*BlockSize,0);

fread(&str[i*BlockSize],BlockSize,1,fp);

k=fat1[k-1];

}

fseek(fp,(k-1)*BlockSize,0);

fread(&str[i*BlockSize],len-i*BlockSize,1,fp);

}

else

{ fseek(fp,(k-1)*BlockSize,0);

fread(str,len,1,fp);

}

str[n+l]='\0';

if(l!=0)

str=&str[l];

p->filepos=n+l;

printf("%s\n",str);

return 1;

}

void FWRITE(char *ptr, int n, int fileid)

{ char a[3];

long l;

int m,i=0,j,k=0,num,flag=0,flag1=0,b;

struct FCBBlock *p;

p=fcb;

while(p)

{if(p->fileid==fileid)

break;

else

p=p->next;

}

l=p->filepos;

printf("现在打开文件:");

printf("%d\n",l);

printf("是否写入这个文件?(Y/N):");

scanf("%s",a);

if(a[0]=='n'||a[0]=='N')

{printf("输入内容:");

while(1)

{scanf("%d",&l);

if(fil[p->fdtblockindex].filelen<(l+n))

printf("too large!\ninput again:");

else

break;

}

}

j=(l/BlockSize)+(l%BlockSize?1:0);

if(l==0)

j=1;

num=fil[p->fdtblockindex].firstblockaddr;

for(i=1;i

num=fat1[num];

do

{

if(flag==0)

{fseek(fp,(num-1)*BlockSize+l-(i-1)*BlockSi ze,0);

flag=1;

}

else

{

fseek(fp,(num-1)*BlockSize,0);

num=fat1[num-1];

}

if(((n+l)-(i-1)*BlockSize)>BlockSize )

{

if(flag1==0)

{fwrite(&ptr[0],j*BlockSize-l,1,fp);

flag1=1;

}

else

{fwrite(&ptr[j*BlockSize-l+k*BlockSize],Blo ckSize,1,fp);

}

}

else

{ m=j*BlockSize-l+(k-1)*BlockSize;

b=n-(j*BlockSize-l+(k-1)*BlockSize);

fwrite(&ptr[m],b,1,fp);

}

k++;

i++;

}

while(((n+l)-(i-1)*BlockSize)>1);

p->filepos=l+n;

}

int FEOF(int fileid)

{

int flag;

struct FCBBlock *p;

p=fcb;

while(p)

{if(p->fileid==fileid)

break;

}

if(p->filepos>fil[p->fdtblockindex].filelen)

return 0;

else

return 1;

}

long FGETPOS(int fileid)

{struct FCBBlock *p;

p=fcb;

while(p)

{if(p->fileid==fileid)

return (p->filepos);

else

p=p->next;

}

printf("error!\n");

return(0);

}

int FSETPOS(int fileid, long offset)

{struct FCBBlock *p;

p=fcb;

while(p)

{ if(p->fileid==fileid)

{ while(offset>fil[p->fdtblockindex].filelen||of fset<0)

{printf("set error!zhe pos >file length\n");

printf("input file pos ,again:");

scanf("%d",offset);

}

p->filepos=offset;

return 1;

}

else

p=p->next;

}

printf("error!\n");

return(0);

}

void DISPLAY()

{

printf("请输入命令:\n");

printf("建立文件:creat\n");

printf("显示目录:list\n");

printf("删除文件:del\n");

printf("打开文件:open\n");

printf("关闭文件:close\n");

printf("文件块读:read\n");

printf("文件块写:write\n");

printf("退出:exit\n");

}

void test(char *filename)

{char *t,cmd[10],fname[12];

struct FCBBlock *p;

int i,j,n,flag,len,id,flag1=0;

fp=OPENSYS(filename);

while(1)

{

DISPLAY();

scanf("%s",cmd);

if(!strcmp(cmd,"creat"))

{printf("请输入文件名：\n");

scanf("%s",fname);

flag=FCREA TE(fname);

if(flag==1)

printf("文件%s 创建成功\n",fname);

}

else if(!strcmp(cmd,"list"))

LISTDIR();

else if(!strcmp(cmd,"del"))

{scanf("%s",fname);

flag=FDELETE(fname);

if(flag==1)

printf("文件%s 删除成功\n",fname);

}

else if(!strcmp(cmd,"open"))

{scanf("%s",fname);

flag=FOPEN(fname);

if(flag==1)

printf("文件%s 打开\n",fname);

}

else if(!strcmp(cmd,"close"))

{scanf("%s",fname);

flag=FCLOSE(fname);

if(flag==1)

printf("文件%s 关闭\n",fname);

}

else if(!strcmp(cmd,"read"))

{scanf("%s",fname);

p=fcb;

flag1=0;

while(p)

{ if(!strcmp(fil[p->fdtblockindex].filename,fn ame))

{printf("请输入文件大小:");

scanf("%d",&len);

id=p->fileid;

flag=FREAD(str,len,id);

flag1=1;

}

p=p->next;

}

if(flag1==0)

printf("文件%s 未打开，请先打开文件\n",fname);

}

else if(!strcmp(cmd,"write"))

{scanf("%s",fname);

p=fcb;

flag1=0;

while(p)

{ if(!strcmp(fil[p->fdtblockindex].filename,fn ame))

{printf("请输入文件大小:");

do

{

scanf("%d",&len);

if(len>fil[p->fdtblockindex].filelen)

printf("文件长度过大，请重新输入：");

}while(len>fil[p->fdtblockindex].fil elen);

id=p->fileid;

ptr=(char *)malloc(len);

scanf("%s",ptr);

FWRITE(ptr,len,id);

flag1=1;

}

p=p->next;

}

if(flag1==0)

printf("文件%s 未打开，请先打开文件\n",fname);

}

else if(!strcmp(cmd,"exit"))

{flag=CLOSESYS(fp);

break;

}

else

printf("error!\n");

}

}

int main(void)

{ struct ReserveBlock sys;

char filename[]="fatsys.dat";

int *fat;

int i,j;

fcb=NULL;

memset(&sys,255,BlockSize);

printf("请输入索要创建的文件系统的大小(5~32767):");

scanf("%d",&(sys.sysblocknum));

sys.resblocknum=1;

sys.fatblocknum=sys.sysblocknum/(BlockSize /sizeof(int))+

((sys.sysblocknum%(BlockSize/sizeof(int)))?1 :0);

fat=(int*)malloc(BlockSize*sys.fatblocknum);

memset(fat,255,BlockSize*sys.fatblocknum);

memset(fat,0,sizeof(int)*sys.sysblocknum);

sys.rootblocknum=RootSize;

j=sys.resblocknum+sys.fatblocknum+sys.root blocknum;

for (i=0;i

fat[i]=-1;

memset(&fillchar,0,BlockSize);

fp=fopen(filename,"w+b");

fwrite(&sys,1,BlockSize,fp);

for (i=0;i

fwrite(fat+i*BlockSize/sizeof(int),1,BlockSize ,fp);

j=sys.resblocknum+sys.fatblocknum;

for(i=0;i<(sys.sysblocknum-j);i++)

fwrite(&fillchar,1,BlockSize,fp);

fclose(fp);

free(fat);

test(filename);

return 0;

}

四、算法及关键数据结构设计

1.模拟磁盘的格式化操作

2.磁盘I/O操作模拟函数

readBlock(int i, char *p);

该函数把i#逻辑块的内容读入到指针p指向的盘块缓冲（注意读入计数处理）。

writeBlock(int i, char *p);

该函数把指针p指向的盘块缓冲内容写入到i#逻辑块（注意写入计数处理）。

3.系统原型测试

创建目录和文件足够多和足够大，使系统功能测试完整彻底。

尝试交叉使用虚拟机上的DOS系统和系统原型接口对所创建的软盘映像文件进行查看和执行文件或目录的各种操作。

五、实验过程中间结果屏幕截图

1.程序运行

输入文件系统大小

文件体系建立成功，可执行以下操作

2.创建文件

3.显示文件目录

4.删除文件

删除后文件目录：

5.打开文件

打开成功：

打开失败

6.关闭文件

7.写文件

8.读文件

六、疑难解惑及经验教训

本次实验实现了基于FAT12的模拟磁盘卷及其I/O系统的文件存取操作基本功能函数。通过本次实验进一步理解了文件系统的体系结构，工作原理和设计要领。