文件系统设计

### 文件系统设计与实现 #### 实验概述与目标 本次实验旨在通过设计并实现一个针对Linux系统的简单二级文件系统，深化对文件系统内部机制及其功能的理解。实验将围绕多用户环境下的文件管理展开，着重于文件的创建、删除、读写、以及目录的浏览等基本操作，同时确保文件的安全性和用户的读写权限。 #### 实验环境与要求 实验在装有Windows操作系统的PC机上进行，通过虚拟机软件VMWare搭建Linux环境。实验过程中，需遵守实验室规则，不得实施任何可能危害系统或用户安全的行为。学生须深入理解并分析程序代码，根据实验结果进行原因分析，最终撰写详实的实验报告。 #### 实验内容与设计 ##### 设计思路与架构 本文件系统采用两层目录结构，第一层对应用户账号，第二层为用户账号下的具体文件。为了简化设计，实验未涵盖文件共享、系统安全机制及特殊文件类型（如管道和设备文件）等复杂特性，但鼓励有兴趣的读者基于现有程序进行扩展。 ##### 数据结构定义 - **i节点**：用于描述文件属性，包括前向和后向指针、标志位、临时磁盘i节点标号、引用计数、关联文件数量、权限模式、用户ID、组ID及物理块号列表。 - **磁盘i节点**：记录关联文件数、权限模式、用户ID、组ID、文件大小及物理块号列表。 - **目录项结构**：包含目录名和目录号，用于快速定位和访问文件。 - **超级块**：存储i节点块数、数据块总数、空闲块数、空闲块指针、空闲i节点数、空闲i节点指针及修改标志，是文件系统元数据的核心部分。 - **用户密码结构**：用于验证用户身份，包括用户ID、组ID和密码字段。 - **目录结构**：由多个目录项组成，记录目录中的文件信息。 - **内存i节点查找的hash表**：加速i节点的查找过程。 - **系统打开表和用户打开表**：分别跟踪系统层面和用户层面的文件打开状态，包括文件操作标志、引用计数、指向内存i节点的指针及读/写指针。 #### 实验实现要点 - **命令实现**：实验需支持用户登录、目录浏览、文件创建与删除、文件打开与关闭、文件读写等基础命令。 - **目录展示**：在列出目录时，需显示文件名、物理地址、保护码和文件长度。 - **读写保护**：确保源文件具备读写保护机制，防止未经授权的访问和修改。 #### 结论与拓展 通过此次实验，参与者不仅能够深入了解文件系统的基本原理和内部实现细节，还能掌握如何在多用户环境中设计和实现一个功能完善的文件管理系统。此外，实验还为探索更高级的文件系统特性（如文件共享、安全性增强和特殊文件类型的支持）提供了基础和方向，激发了对计算机科学领域深入研究的兴趣。 本次实验是一个理论与实践相结合的宝贵机会，它不仅考验了实验者对文件系统知识的掌握程度，还培养了其实现复杂系统的能力，为未来的专业发展奠定了坚实的基础。