本站原创摘 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
中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：16727800（2012）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
void print(),//显示文件系统相关信息,供调试用
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
vector＜int＞free_block_table,//存储可用的块编号
vector＜int＞free_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(),
const int get_id() const,//获取i节点号
void set_id(int new_id),//设置i节点号
const string get_owner() const,//取文件属主