简单文件系统的实现.pdf
第三章简单文件系统的实现
3.1设计目的和内容要求
1.设计目的
通过具体的文件存储空间的管理、文件的物理结构、目录结构和文件操作的实现，加深
对文件系统内部数据结构、功能以及实现过程的理解。
2．内容要求
(1)在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储分区，在其上实现一个简单的基于多
级目录的单用户单任务系统中的文件系统。在退出该文件系统的使用时，应将该虚拟文件系
统以一个Windows文件的方式保存到磁盘上，以便下次可以再将它恢复到内存的虚拟磁盘
空间中。
(2)文件存储空间的分配可采用显式链接分配或其他的办法。
(3)空闲磁盘空间的管理可选择位示图或其他的办法。如果采用位示图来管理文件存储
空间，并采用显式链接分配方式，那么可以将位示图合并到FAT中。
(4)文件目录结构采用多级目录结构。为了简单起见，可以不使用索引结点，其中的每
个目录项应包含文件名、物理地址、长度等信息，还可以通过目录项实现对文件的读和写的
保护。
(5)要求提供以下操作命令：
my_format：对文件存储器进行格式化，即按照文件系统的结构对虚拟磁盘空
间进行布局，并在其上创建根目录以及用于管理文件存储空间等的数据结构。
my_mkdir：用于创建子目录。
my_rmdir：用于删除子目录。
my_ls：用于显示目录中的内容。
my_cd：用于更改当前目录。
my_create：用于创建文件。
my_open：用于打开文件。
my_close：用于关闭文件。
my_write：用于写文件。
my_read：用于读文件。
my_rm：用于删除文件。
my_exitsys：用于退出文件系统。
3．学时安排
授课2学时，上机9学时。
4．开发平台
C或C++均可。
5．思考
(1)我们的数据结构中的文件物理地址信息是使用C语言的指针类型、还是整型，为什
么？
(2)如果引入磁盘索引结点，上述实现过程需要作哪些修改？
(3)如果设计的是一个单用户多任务文件系统，则系统需要进行哪些扩充（尤其要考虑
读写指针问题）？如果设计的是一个多用户文件系统，则又要进行哪些扩充？
3.2预备知识
3.2.1FAT文件系统介绍
1．概述
FAT文件系统是微软公司在其早期的操作系统MS-DOS及Windows9x中采用的文件系统，
它被设计用来管理小容量的磁盘空间。FAT文件系统是以他的文件组织方式——文件分配表
（fileallocationtable，FAT）命名的，文件分配表的每个表项中存放某文件的下一个盘块号，
而该文件的起始盘块号则保存在它的文件控制块FCB中。在文件分配表中，一般用FFFF来
标识文件的结束；用0000来标识某个逻辑块未被分配，即是空闲块。为了提高文件系统的
可靠性，在逻辑磁盘上通常设置两张文件分配表，它们互为备份。此外，文件分配表必须存
放在逻辑磁盘上的固定位置，而根目录区通常位于FAT2之后，以便操作系统在启动时能够
定位所需的文件，其磁盘布局如图3-1所示：
引导块FAT1FAT2根目录区数据区
图3-1FAT文件系统磁盘布局
上述磁盘布局中，引导块中主要存放了用于描述分区的各种信息，包括逻辑块的大小、
文件分配表的大小及位置、根目录的大小及位置等。除此之外，用于加载操作系统内核的引
导程序也存储在引导块中。
FAT文件系统家族又分为FAT12、FAT16、FAT32三种类型，这里的数字表示文件分配表
中每个表项（即簇号）所占的位数，即FAT12中每个表项占1.5个字节（12位），FAT16中
每个表项占2个字节（16位），FAT32中每个表项占4个字节（32位）。由于FAT文件系统
n
是以簇为单位为文件