一种模拟文件系统的设计与分析模拟文件系统的设计与实现

一种模拟文件系统的设计与分析模拟文件系统的设计与实现 摘要：在深入研究了多个实用文件系统的功能和实现原理的基础上，用一个文件模拟硬盘，采用多级目录结构，对文件实行按名存取，利用超级块对系统资源进行管理，利用对i节点的操作来实现对文件的各种操作，从而实现了一个小型文件系统。 关键词：文件系统；索引节点；超级块 ：TP319：A：16727800（xx）008008103 作者简介：何俊（1982-），男，硕士，中国船舶重工集团公司第七一二研究所助理工程师，研究方向为计算机控制和电力电子技术；李松谭(1985-)，男，硕士，中国船舶重工集团公司第七一二研究所工程师，研究方向为计算机控制和单片机程序开发。 1系统设计的基本思想 如同一般的文件系统，这个模拟的文件系统也由一个超级块(super_block)来管理。超级块包含文件系统中的基本信息，如系统的容量，数据块的大小，文件名的最大长度，可用块表，可用i节点表，省去了一些不重要的数据成员，如超级块上锁标志等。超级块用来管理文件系统资源，而i节点则使用这些资源，每个文件或目录都对应一个i节点，但两者的i节点属性并不完全相同，鉴于此，系统并没有把文件和目录区别对待，在i节点的属性中有文件类型这一数据成员，对于类型为目录的文件，只需简单地将其数据块地址设为空。显然，这样简化了系统的设计。每个文件或目录都对应一个系统中独一无二的i节点编号。有了超级块和i节点，就可以在此基础上实现用户的操作命令，例如创建目录，只需超级块为之分配一个可用的i节点，并在当前工作目录的文件入口栏一项中添加这个i节点编号。文件系统的工作流程与流程描述如图1所示。 图1文件系统的工作流程 2文件系统的具体设计 2.1超级块的设计与实现 超级块的数据结构设计如下： 超级块（super_block) class super_block public: super_block(); super_block(); const int get_fs_size() const;/返回文件系统大小，即“硬盘”大小 const int get_block_size() const;/返回块的大小 const int get_max_file_num() const;/返回最大文件数 const int get_max_fn_len() const;/返回文件名的最大长度 int get_free_block();/取一个未用块 int get_free_inode() ;/分配一个i节点 const bool get_modified() const;/超级块是否被修改，本系统未用 void change_modified();/设置修改标志 const bool get_lock() const;/超级块是否上锁，本系统未用 void change_lock();/改变上锁标志 void add_free_inode(int inode_num);/回收i节点 void add_free_block(int block_num);/回收块 int get_bt_size();/返回系统中可用块的数目 int get_it_size();/返回系统中未用i节点的数目 private: const intFS_SIZE;/文件系统的容量，即“硬盘”大小 const intBLOCK_SIZE;/块（用于存放文件数据）大小 const intMAX_FILE_NUM;/最多可容纳的文件数 const intMAX_FN_LEN;/文件名的最大长度 vectorintfree_block_table;/存储可用的块编号 vectorintfree_inode_table;/存储可用的i节点号 boolis_modified;/文件系统修改标志 boolsuper_lock;/文件系统上锁标志 超级块中包含了文件系统的基本信息，如文件系统的容量、块大小、最多可容纳的文件数等。磁盘空间的管理也是通过超级块来实现的，当新建一个文件或者目录时，超级块为新建的文件或目录分配一个新的i节点号，如果是正规文件，还要为其分配一定的数据块，而如果是目录则不用分配数据块。分配过后，从vector中删除已经分配的i节点号与数据块编号。删除文件或目录时则刚好与其相反，收回原有文件或目录的i节点号与数据块编号，这样就完成了简单的磁盘管理。 超级块作为系统资源的管理者，包含了文件系统的基本信息：如表1所示。 2.2i节点的设计与实现 本文件系统包含的文件分为两类，正规文件与目录文件。 表1超级块属性 为了对文件实现良好的操作，在设计时决定了为每个文件都分配一个独一无二的i节点项，这个i节点项中包含了两个大的方面即：i节点号与文件属性。 i节点项的数据结构设计如下： i节点(inode) class inode public: inode(); inode(const inode& in); inode();