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Catchip/ext2-toy

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使用方法

  • gcc -o fs fs.c
  • ./fs 具体功能使用 help 查看

类 Ex2 文件系统设计

磁盘层级(磁盘组织)

​ 为了方便起见,逻辑块大小与物理块大小作为参考均可定义为 512 字节。根据位图只占用一个块,可得数据块个数以及索引节点个数均为 512*8=4096。

组描述符

​ 为了简单起见,只定义了一个组,组描述符只占用第一个块。

编址

​ 数据块和索引节点个数为 4096, 因此地址可以只用两个字节的无符号数就可以描述。

索引节点

​ 索引节点的大小要满足两个要求:①最好能整除一个块的大小②能够存放下所需要的数据。不妨让索引节点有八个地址域,前六个是直接索引,第七个是一级索引,第八个是二级索引,再考虑到文件类型和创建时间等信息,估算一下 64 字节足矣。因此,定下索引节点大小为 64 字节。这样的话,索引节点所占的块数为 64*4096/512=512

位图

​ 数据块位图和索引节点位图均是使用一个块的大小。

硬盘

组描述符 数据块位图 索引节点位图 索引节点表 数据块表
1 块 1 块 1 块 512 块 4096 块
512B 512B 512B 256KB 2MB

程序层级(数据结构)

刚刚提到,只需要两个字节的无符号数就可以定位数据块位置或索引节点位置,也就是编址。可以使用 c 语言中的 unsigned short 类型,由于类型名太长,我将其定义为_u16。

typedef unsigned short _u16;

组描述符

typedef struct ext2_group_desc{
    char bg_volume_name[16];
    _u16 bg_block_bitmap;
    _u16 bg_inode_bitmap;
    _u16 bg_inode_table;
    _u16 bg_free_blocks_count;
    _u16 bg_free_inodes_count;
    _u16 bg_used_dirs__count;
    char psw[16];
    char pad[24];
}ext2_group_desc;

只要组描述符不超过 512 字节即可。

索引节点

typedef struct ext2_inode{
    _u16 i_mode;// 文件类型和权限
    _u16 i_blocks;// 文件的数据块个数
    _u16 i_size;// 文件的大小(以字节为单位)
    time_t i_atime;
    time_t i_ctime;//time_t 大小为 4 个字节
    time_t i_mtime;
    time_t i_dtime;
    _u16 i_block[8];
    char pad[10];
}ext2_inode;

​ 通过验证 time_t 大小为 4 个字节,$44+2(3+8)+10=64$, 加上填充域 10 个字节便为 64 字节。

目录体

typedef struct ext2_dir_entry{
    _u16 inode;// 该目录体的索引节点
    _u16 rec_len;
    _u16 name_len;
    _u16 file_type;
    char name[NAME_LEN];
    char pad[24-NAME_LEN];
}ext2_dir_entry;

关于文件和文件夹

 不管是文件夹还是文件,都对着硬盘中的有且只有一个索引节点ext2_inode,通过该索引节点中的 i_block 上 8 个域,可以找到该文件夹或文件在硬盘中所分配的所有数据块。对于文件来说,它所分配的数据块中的内容就是一个个字节,不考虑文件本身的格式的话,不含有其他含义;但是对于文件夹来说,它所分配的数据块中的内容是按一个一个的目录体结构组织的。也就是说,它的数据块中的内容就是一个一个的目录体,并且它所分配的第一个数据块的第一个目录体的 inode 就是自己的 inode, 第二个目录提的 inode 是上一层目录的 inode。

类 Ex2 文件系统实现

初始化硬盘

void format();

文件系统层函数

int dir_position(ext2_inode* current,int i_size);		// 返回 current 节点所分配的第 i_size 字节的绝对地址

_u16 FindFree(int choice);		//choice==1 时找空闲索引;反之找空闲块,并返回地址

void Del(_u16 num,int choice);		//choice==1 删除 inode; 反之删除 block;地址为 num

void add_block(ext2_inode *current);		// 为 current 节点增加一个数据块

int dir_entry_postion(const ext2_inode* current,int num1);		// 返回 current 文件夹中的第 num1 个目录体的绝对地址

int FindEntry(ext2_inode *current);		// 返回 current 文件夹插入新目录体的绝对地址,并将 current 的大小+DirSize

命令层函数

int EnterDir(ext2_inode *current,char *name);// 进入 current 文件夹下的名字为 name 的文件夹,current 更新为指向下一文件夹

void Read(ext2_inode *current,char *name);// 对 current 文件夹下的 name 文件进行读操作

int Write(ext2_inode* current ,char *name);// 对 current 文件夹下的 name 文件进行写操作

int Delete(int type,ext2_inode *current,char *name);// 在当前目录下删除一个文件或空目录

int Create(int type,ext2_inode * current,char *name);// 在当前目录下创建一个新文件或新目录

void getname(char *name,ext2_inode current);// 获取当前文件夹名称

void init(ext2_inode *current);// 初始化

用户层函数

void Cat(ext2_inode dir,char *path);

void Ls(const ext2_inode *current);

int Cd(ext2_inode *dir,char *path);

int getpath(char *cpath,int pathlen,ext2_inode current);

void Remove(ext2_inode *dir,char *path);

void CreateFilebypath(ext2_inode *dir,char *path);

void CreateDirbypath(ext2_inode* dir,char *path);

void Edit(ext2_inode dir,char *path)

void Tree(ext2_inode current,int depth,int depthnow,int *appear);

int Login();

void PassWord();

void exitdisplay();

void First();

void Help();

void shellloop(ext2_inode currentdir);

遇到的问题

  • 将一些变量更新入磁盘时(将值写入用来模拟磁盘的文件),发现磁盘中的值并没有改变。

    ​ 解决方法:将值写入文件的时候并不是在fwrite执行时发生的,fwrite将流写入缓冲区,真正将缓冲区中的值写入文件是在fclose执行时,所以如果要更新文件,最后一定要执行fclose

  • 利用 char 型数组和 char 变量配合的方法对 bitmap 进行操作时出错。

    ​ 解决方法:通过打印相应的值观察现象。由于不能直接对位进行操作,只通过右移、与、或和异或等位运算进行位操作,但是由于 char 型变量默认是符号数(最高位为符号位),右移不会改变最高位的值(例如 0x80 右移一位过后变为 0xc0 而不是 0x40)。只需将 char 变量改成 unsigned short 即可。

  • 出现段错误时。想要利用 printf 函数进行 debug 时,发现无法打印,无法定位出错位置。

    ​ 解决方法:如果用 printf 进行 debug 的话,一定要在打印的内容最后后面加上换行符、n。在我的电脑上打印采用的是行缓冲机制,也就是说,printf 中的内容并不是立刻显示到终端的,而是先写入 stdout 标准输出缓冲区,直到这个缓冲区被装满或者检测到了换行符才会显示到终端。因此,如果出现段错误,程序会立刻终止,但是并不会将缓冲区中还残留的未打印的内容打印到终端。除此之外,还有不缓冲和全缓冲机制。

  • 利用路径进行文件创建和文件夹创建时,当前的索引节点发生了改变。

    ​ 解决方法:由于利用路径进行文件创建的时候,采用的方法是先cd到相应的路径,然后再进行文件或文件夹的创建,索引节点发生改变,应该在创建文件之后,恢复索引节点,或者使用索引节点的一个拷贝进行cd。在这次实验中,很多地方都要注意到底是要对变量的拷贝进行操作,还是对变量进行操作,这需要了解好传参方式和指针的相关知识

  • 实现 Tree 函数是出现不希望的现象

​ 解决方法:利用一个 appear 数组,递归下传。正常结果如下:

About

a simulation of ext2 file system

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