基于C语言实现的UNIX文件系统的子集的模拟实现【100011206】

# 一、实验介绍 实验要求大家完成一个 UNIX文件系统的子集的模拟实现。实验的提示与要求： 文件卷结构设计 - 节点栈及空间为20项 i节点栈为保存在内存中的i节点数目吗，用栈的形式保存 - 或者是空闲节点栈 - 块大小为512字节 - 卷盘块数大于100 - I节点盘块数大于10块 - I节点结构设计 - 文件大小 - 文件联接计数 - 文件地址 - 文件拥有者 - 文件所属组 - 文件权限及类别 - 文件最后修改时间 - 其中文件地址为六项：四个直接块号，一个一次间址，一个两次间址 - 目录结构 - 用16字节表示，其中14字节为文件名，2字节为I节点号 - 用户及组结构 - 用户信息中包括用户名、口令，所属组，用户打开文件表 - （文件树结构应与用户相对应：有每个用户的HOME目录） - 组信息中可只包含组名 - 文件树结构 - 除（4）要求外，适当考虑UNIX本身文件树结构 - 实现功能如下命令 - Ls 显示文件目录 - Chmod 改变文件权限 - Chown 改变文件拥有者 - Chgrp 改变文件所属组 - Pwd 显示当前目录 - Cd 改变当前目录 - Mkdir 创建子目录 - Rmdir 删除子目录 - Umask 文件创建屏蔽码 - Mv 改变文件名 - Cp 文件拷贝 - Rm 文件删除 - Ln 建立文件联接 - Cat 连接显示文件内容 - Passwd 修改用户口令 - 可考虑构造一个简单的编辑器，用于创建文件 - 需要创建“sbinfo”命令查看超级块里面数据块内容 - 空闲盘块栈 - Inode使用情况 - ….. # 二、实验环境 - 操作系统：windows 10 64位 - 开发工具：visio studio 2019 - 程序类型：win32控制台应用程序 # 三、实验设计 ## 3.1 系统流程  - 图3.1.1系统流程图 - 程序开始后先加载资源文件virtualDisk.da文件，将文件指针赋给全局变量virtualDisk（fstream）类型，以便后续文件的读写。 - 然后读取存储在盘块号为0中的superBlock的内容，赋给全局变量superBlock - 然后读取InodeID为0的root节点，赋给全局变量root。 进行登录，系统首先读取root目录下第一个文件的内容，该文件文件名为user,里面存放了用户的数据结构，放在全局变量users数组，之后读取用户输入的用户名和密码，与users中的用户信息进行比对，若匹配则登录成功，若不匹配则显示用户名密码错误，重新登录。 登录成功后进入命令行界面，通过辨析用户输入的指令调用不同的函数，完成用户的请求。当用户输入exit时退出系统。 ## 3.2 文件结构  图3.2.1文件结构图 虚拟磁盘一共16MB，一个盘块512字节，一个Inode节点128字节，所以一个盘块里存放4个Inode,所以1/4的盘块(6653个盘块)用来存放Inode，3/4的盘块用来存放文件数据(26212个盘块) ## 3.3 实现命令操作 - 本程序主要实现了以下命令操作 - ls 显示文件目录 - ll 显示文件目录里文件和文件的详细信息 - mkdir 创建一个空目录 - rmdir 递归删除目录里的内容以及目录本身 - mv 移动目录及文件到指定目录，并指定文件名 - cp 复制文件到指定目录 - cat 连接显示文件内容，当后跟一个>时表示新建一个文件， - 并输入内容，当后跟>>时，表示在现有文件后面追加内容 - cd 改变当前目录 - cpdir 复制目录及目录下的文件到指定目录下，并指定新的目录 - 名 - chmod 修改文件权限 - chown 改变文件拥有者 - chgrp 改变文件所属组 - pwd 显示当前目录 - passwd 修改当前用户口令 - ln 为文件创建硬链接 # 四、数据结构 ## 4.1 超级块数据结构 块为超级块。磁盘的回收和索引节点的分配与回收将涉及到超级块，超级块是用于专记录空闲盘块与空闲节点使用情况的一个盘块，其中含有以下字段 - disksize:虚拟磁盘的大小，以字节为单位 - freeBlock[FREE_BLOCK_NUM]：空闲盘块栈，记录当前可用空闲盘块号的栈，用成组链接法管理。 - freeBlockIndex：空闲盘块栈的指针，记录下一个可用空闲盘块的下标 - freeTotalBlock：当前文件系统全部可用空闲盘块的数目 - freeInode[FREE_INODE_NUM]：空闲节点栈，记录当前可用空闲节点编号的栈 - freeInodeInde：空闲节点栈的指针，记录下一个可用空闲节点的下标 - freeTotalInode：当前文件系统全部可用空闲节点的数目 - lastLoginTime:上次登录的时间 - umask：权限掩码，创建文件或目录时他们的权限为默认权限减去umask ```c++ class SuperBlock { public: unsigned int diskSize; unsigned int freeBlock[FREE_BLOCK_NUM]; int freeBlockIndex; unsigned int freeTotalBlock; unsigned int freeInode[FREE_INODE_NUM]; int freeInodeIndex; int freeTotalInode; long int lastLoginTime; char umask[UMASK_SIZE]; }; ``` ## 4.2 节点数据结构 关于索引节点，程序中有两种结构的定义，分别是内存索引节点和磁盘索引节点，当磁盘索引节点加载到内存时为其增加一个InodeID（索引节点号）属性。 磁盘索引节点： - fileSize:文件大小，以字节为单位 - fileLink:文件连接数 - addr[6]:盘块地址数组 - owner:所属用户名 - group:所属用户组 - mode:文件类型及权限 - modifiedTime:上次修改时间 结构定义： ```c++ class Finode { public: long int fileSize; int fileLink; int addr[6]; char owner[OWNER_MAX_NAME]; char group[GROUP_MAX_NAME]; int mode; long int modifiedTime; char blank[48]; }; ``` 内存索引节点： - finode:磁盘索引节点结构，保存从磁盘读出的索引节点信息 - inodeID:索引节点号 - 结构定义 ```c++ class Inode { public: Finode finode; unsigned short int parentInodeID; unsigned short int inodeID; }; ``` ## 4.3 文件数据结构 文件目录项： - inodeID:索引节点号 - directEntryName[DIRECT_MAX_NAME]:目录项名 - 结构定义 ```c++ class DirectEntry { public: unsigned short int inodeID; char directEntryName[DIRECT_MAX_NAME]; }; ``` ## 4.4 目录数据结构 目录结构： directEntryNum:目录项数目 ```c++ directEntry[ENTRY_NUM_IN_BLOCK] ``` 结构定义： ```c++ class Direct { public: int directEntryNum; DirectEntry directEntry[ENTRY_NUM_IN_BLOCK]; }; ``` # 五、模块详解 ## 5.1 文件操作 关于文件，本系统主要实现了以下操作： chgrp 改变文件所属组： **命令格式：**chgrp [组名] [文件名] **命令功能：**通过chgrp命令可以改变文件的所属用户组名，此用户组名必须是已经存在的用户组。使用权限是超级用户。 **命令参数：** [组]：用户组名称 [文件]：当前目录下的文件名称 chown 改变文件拥有者： **命令格式：** chown [用户名][文件名] **命令功能：** 通过chown命令改变文件的所属用户名，此用户名必须是已经存在的用户名。使用权限是超级用户 **命令参数：** [用户名]：要更改的新的用户名 [文件]：当前目录下的文件名 chmod 改变文件权限： **命令格式：** chmod [mode] [文件名] **命令功能：** chmod命令用于不同用户和用户组对文件或目录的访问权限。用它控制文件或目录的访问权限。 命令参数： - [mode] 文件权限码 - r=4，w=2，x=1 若要rwx属性则4+2+1=7 若要rw-属性则4+2=6； 若要r-x属性则4+1=5。 - mode权限码一共有三位数字分别代表所属用户，所属用户组和其他用户对其拥有的权限。 - 例如764则代表该文件所属用户对该文件拥有