实验四 文件系统 实验报告文档格式.docx

1、其中，引导区中储存着一些基本的信息。例如，0x0000000B和0x0000000C两个字节保存着每个扇区的大小，0x0000000D保存着每个簇占用多少个扇区。FAT区中储存着簇号。在0x00000200开始的三个字节，分别储存设备类型标记（0xF0为软盘）；第二个第三个字节均为0xFF，是FAT标识符。在FAT12文件系统中，每个簇占用12位，即1.5个字节。簇号与地址的对应关系如下表：地址偏移000001002003004005簇序号一个簇号跨越两个字节，每次读取簇号时读取两个字节，然后对读出的两个字节进行位运算处理，得到下一簇的簇序号。注意，这里同样需要对高低位进行处理，即使用位计算的

2、方式提取相应的簇号信息。根据上述的原理，可以得出一个函数，以一个簇号为参数，返回值为文件下一个簇号。代码如下：int getNextClutserId（FILE *fp, short clusterId） unsigned short tmp, low = 0, high = 0; int address = （clusterId * 3 / 2） + 0x0000200; fseek（fp, address, SEEK_SET）; fread（void *）（&tmp）, 1, sizeof（unsigned short）, fp）; low = （tmp & 0xFFF0） 4）; hig

3、h = tmp & 0x0FFF; return （clusterId % 2 = 0 ? high : low）;其中，fp 是用于读取文件系统的文件流，clusterID是当前簇号，返回值是下一个簇号。函数体的第二句代码，计算出当前簇号对应的地址，用于文件指针的定位。第三句代码是根据第二句计算得到的地址对文件指针进行定位，定位到当前簇号所对应的信息处。第四句代码是从文件指针的位置为起始位置读入两个字节的内容（fread会自动对高低字节位进行处理）。并把这两个字节的信息储存到tmp变量之中。例如，读取002簇号的下一个簇号，根据公式，计算得到的address是0x00000203，读取到0x

4、00000203和0x00000204两个字节的内容。我们需要的是0x00000203整个字节的内容和0x00000204的高四位，所以需要跟0xFFF0进行位与运算，并向右移四位，得到下一个簇号。同样地，读取003簇号的下一个簇号，根据公式，计算得到的address是0x00000204，读取到0x00000204和0x00000205两个字节的内容，我们需要的是0x00000205整个字节的内容和0x00000204第四位的内容，所以需要跟0x0FFF进行位与运算，得到下一个簇号。所以代码中需要对簇号的奇偶性进行判断，跟根据奇偶性的不同返回不同的值。在根目录中，保存着根目录下面的文件或文件

5、夹的信息。每个文件或者文件夹的信息使用32个字节保存。这些内容的含义如下表：地址2345678ABCDEF内容文件名扩展名属性保留位时间日期首簇号文件大小这里可以看出点问题，FAT中采用4个字节保存文件的大小，也就是说，文件的大小不能超过232字节，也就是4G；文件名和扩展名采用了固定长度，分别为8和3，太长的文件名在FAT中是不允许的。其中，文件名的第一个字节还有其他的意义，例如，当文件名的第一个字节为0x00时，表示这一项没有文件；为0xE5时，则表示这个文件已经被删除，在编码时应该忽略这个文件。文件的属性采用一个字节，也就是8个位来表示文件的6种属性，最高两位是保留位，没有实际意义。这个

6、字节的定义为：位保留归档卷标系统隐藏只读在列出文件列表时，对各个位进行位与运算以后，对结果进行判断，从而得出相应的属性值，根据上表，可以得出一个函数，参数是表示文件属性的那个字节，返回值是一个以字符方式显示文件属性的一个字符串char *formatAttribute（char attribute） char *result = （char *）malloc（sizeof（char）* 7）; result0 = （attribute & 0x01） = 0x01） ? r :- result1 = （attribute & 0x02） = 0x02） ?h result2 = （attrib

7、ute & 0x04） = 0x04） ?s result3 = （attribute & 0x08） = 0x08） ?l result4 = （attribute & 0x10） = 0x10） ?d result5 = （attribute & 0x20） = 0x20） ?f result6 = 0 return result;因为文件属性有6种，需要6个字符分别存放六种属性，第7位则用于储存字符串的结束标记0，确保输出的时候不会产生乱码。这个函数代码是通过位与运算对文件的各个属性进行判断，并在相应的字符位用字符或者-填充，最后把字符串返回。时间和日期都采用的是压缩储存，储存时间两个字

8、节的各位含义如下：15141311时（0-23）分（0-59）两秒（0-29）储存日期两个字节的各位含义如下：距离1980年的年数（0-119）月（1-12）日（1-31）注：日期和时间都需要对高低字节进行交换然后再读取。实验中使用fread方法会自动进行交换。根据上面的原理，可以得出这样的一个函数，这个函数以表示日期和时间的两个原始值作为参数输入，返回的是一个格式形如”xxxx-xx-xx xx:xx:xx”的字符串，这个函数的代码如下：char *formatDatetime（short date, short time） int year, month, day, hour, minut

9、e, second; char *result = （char *）malloc（sizeof（char）* 20）; year = 1980 + （date & 0xE000） 9）; month = （date & 0x01E0） 5）; day = （date & 0x001F）; hour = （time & 0xF800） 11）; minute = （time & 0x07E0） second = （time & 0x001F） size是file_content中表示文件大小的一个整型变量，用于计算文件夹中最大文件数量，newInfo是一个file_info结构体的指针，用于储存

10、读取到的文件信息原始值。先把一个文件信息的原始信息从文件内容中提取出来，为此，可以实现内存复制的函数，代码如下：int copyTo（void *desc, void *src, int size） int counter = 0, i; for （i = 0; i filename0 != （char）0xE5 & newInfo-= （char）0x00） file_list_new_info（newInfo, &newId, &newInfoNode）;if （newInfo-attributes & 0x10） = 0x10） if （newInfo-filename0 = .） co

11、ntinue; char *buffer = （char *）malloc（sizeof（char）* 9）; int j; for （j = 0; j filenamej; bufferj = queue_new_task（buffer, 0, 0, newInfo-pos）; 这是放在一个for循环中的代码，先通过文件名判断这个文件是否存在，如果存在，则把文件信息添加到程序的文件信息链表之中。再则判断是否是目录，如果是目录，则把这个目录添加到队列之中。2.文件储存方式FAT文件系统对空间的分配和管理是以簇为基本单位的。所以，一个逻辑上连续的文件可能会被分散地储存在磁盘的各个位置。操作系统输

12、出文件时，遵循下面的步骤：1. 会先通过文件夹信息找到文件首簇号。2. 根据文件的首簇号，定位到FAT区相应位置；读出下一个簇的簇号。3. 如果下一个簇的簇号不是结束标记（0xFFF），则会根据读出的下一个簇号定位，读出簇里面的内容。如果读出的是结束标记，则表示文件已经读取完成。假如一个文件被分散储存在0x012，0x022，0x302三个簇里。从目录的信息中读出首簇号0x012，读出0x012簇里的内容；然后再通过0x012这个簇号在FAT区中找到下一个簇号0x022，读出0x022的内容；再通过0x022这个簇号找到下一个簇号0x302，读出0x302中的内容；再通过0x302读出下一个簇

13、号的内容，此时，读出的簇号为0xFFF，即表示这个文件已经结束。本实验中，读取文件的具体实现方法如下：1. 通过一个链表，将这个文件的所有簇号储存起来。2. 遍历储存簇号的链表，逐个逐个簇读取出来并储存到内存之中，返回之。下面是读取文件的实现所需要的一些数据结构：struct int_linked_list int data; struct int_linked_list *next;struct file_content struct int_linked_list *curList; void *content; int size; char *filename;其中，int_linked

14、_list是一个储存整型的链表，file_content是一个用于保存读出文件内容和文件信息的结构体。遍历链表的过程中，通过一个while循环实现，把读取到簇号添加到链表之中。具体实现代码如下，tail为保存簇号链表的末尾结点指针，fp是用于读取文件的文件指针，curConnt是一个用于统计文件簇数的变量，便于后续步骤分配内存空间使用，下文同： while （clusterId = getNextClutserId（fp, clusterId） != 0x00000FFF） curCount+; tail-next = （struct int_linked_list *）malloc（size

15、of（struct int_linked_list）;next-data = clusterId;next = NULL; tail = tail-next;把簇号读取完毕以后，开始对文件内容进行读取，下面是文件内容读取的具体实现代码，下面代码中的content是一个指向用于存放文件内容的内存空间的指针变量： content-size = curCount * 512;content = malloc（content-size）; struct int_linked_list *ptr = head; int i = 0, address = 0xFFFFFFF; for （ptr = hea

16、d; ptr != NULL; ptr = ptr-next, i+） address = 0x00003E00 + （512 * ptr-data）; fseek（fp, address, SEEK_SET）; fread（void *）（char *）（content-content） + （512 * i）, 512, 1, fp）;在for循环的第一句代码之中，通过簇号对簇所在的地址进行计算，把地址值储存到address变量之中；第二句代码则是通过上一步计算得到的address变量对文件指针进行定位，第三句是通过fread方法把文件内容读入到内存之中。六、实验结论1. FAT12文件系

17、统中，把磁盘划分成引导区、FAT区、FAT备份区、根目录区和文件数据区。2. 除了根目录以外，文件系统把每个文件夹都当成是一个特殊的文件进行处理。3. FAT12文件系统通过簇进行空间的管理和分配。七、完整实验代码/* 操作系统课程 实验* FAT12 文件系统 实验代码* 虽然这个程序在 Windows 和 Linux 环境下都能运行。* 不过，在 Windows 环境下运行的话，显示文件内容的时候，内容的末尾会有几个奇怪的字符。* Linux 环境下完全没问题* 暂时推测是 Windows 控制台的原因，Windows 控制台会把一些非字符的 ASCII 显示为奇怪的字符，* 例如，0x0

18、A 会显示成一个笑脸，Linux 的控制台下不会对这些非字符的 ASCII 进行处理* 我是今天早上才发现这个问题的阿 （）* 注意：编译前，需要把 IMAGE_FILE 那个宏定义改成公邮上面的那个 IMG 文件；* Linux 下打开这个源码文件注释会变成乱码*/ 这个定义只是为了程序能在 VS2013 下面正常编译而已#ifdef _WIN32#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#endif#include stdlib.hstring.hwindows.h#define OK 0x00000000#define MESSAGE_FILE_NOT_FOUND 0

19、xE0000404#define ERROR_MALLOC_FAILED 0xF0000001#define ERROR_IO_ERROR 0xF0000002/ 这里改路径 #define IMAGE_FILE /home/user/DOS622.IMG/ 这里改路径 /* 这里是结构体的定义 */ 这里是文件信息/ 这里是储存文件夹信息struct folder_info char *filename; int fileBeginIndex, fileEndIndex; struct file_info_node *beginFile, *endFile; struct folder_in

20、fo *next;/ 这里是一个队列，用于迭代方式遍历文件系统的一个中间变量struct queue_info int offset, size, cluster; struct queue_info *next;/ 一个整数链表结构 int data; struct int_linked_list *next;/ 这里是一个文件结构，表示内容，可以读取文件的其中一段，也可以通过簇的方式完整读入整个文件 struct int_linked_list *curList; void *content;/* 这里是全局变量的定义 */struct file_info_node *file_list_

21、head, *file_list_tail;struct folder_info *folder_info_head, *folder_info_tail;struct queue_info *queue_head, *queue_tail;char decToHex16 = 0, 123456789ABCDEF ;/* 这里是函数的定义 */int file_list_init（）;int file_list_new_info（struct file_info *info, int *id, struct file_info_node *newInfoNode）;int folder_info_init（）;int folder_info_new_info（struct folder_info *info）;int queue_init（）;int queue_new_task（cha