Nachos文件系统实习报告

文件系统实习报告善良的大姐姐2015.5.32目录一：总体概述...................................................................................3二：任务完成情况............................................................................3任务完成列表（Y/N）................................................................3具体Exercise的完成情况...........................................................3三：遇到的困难以及解决方法......................................................29内容四：收获及感想......................................................................30内容五：对课程的意见和建议......................................................30内容六：参考文献..........................................................................303一：总体概述Nachos系统模拟了一个简单的文件系统，其中包括磁盘，文件目录，空闲磁盘快分配表等，用于维护文件的逻辑结构与物理位置之间的映射关系。还有对文件的基本操作函数和数据结构，如创建、删除、读取、写入等。本实习希望通过修改Nachos系统的底层源代码，达到“完善文件系统”的目标。二：任务完成情况任务完成列表（Y/N）Exercise1Exercise2Exercise3Exercise4Exercise5Exercise6Exercise7ChallengeYesYesYesYesYesYesYesYes具体Exercise的完成情况Exercise1：源代码阅读任务：阅读Nachos源代码中与文件系统相关的代码，理解Nachos文件系统的工作原理。完成情况：1.Filesys.h(cc)概述：定义了一个filesystem类，包括了对文件系统的初始化函数，以及若干个对文件系统中某个文件的操作的函数。在介绍函数之前，先介绍两个以文件形式存在的重要内容：1）空闲磁盘块分配表：以文件的形式存储，头文件位于文件目录的第0项。是由bitmap类生成的。每一个bit对应于磁盘中的一个块的使用情况，0表示空闲，1表示已使用。2）文件目录：以文件的形式存储，头文件位于文件目录的第1项。是由directory类（之后会介绍）生成的。directory的项是name,sector的对子，用于文件名－磁盘块的索引。找到的是文件头部所在磁盘块。4接下来介绍函数：函数名称主要功能filesystem构造函数创建或者载入一个文件系统解释：传入一个bool型参数format，当format为true时会初始化filesystem（相当于格式化了文件系统），使用新的空闲磁盘块分配表以及新的文件目录。否则仅仅载入原来存在的空闲磁盘块分配表以及文件目录。filesystemcreate函数在文件系统中创建文件解释：参数为文件名和初始长度。1）从磁盘载入空闲磁盘块分配表文件和文件目录文件（通过bitmap和directory的fetchfrom（sector）实现）2）为新文件创建文件头部（filehdr）：找到一个空闲磁盘块（通过bitmap的find函数实现，返回空闲磁盘块的sector号）；将头文件信息写入目录文件（通过directory的add(name,sector)函数实现）；3）将文件块的信息写入文件头部：文件被切分成若干个文件块，并在文件头部记录每个文件块位于磁盘的哪个sector（通过filehdr的allocate(bitmap,initialSize)实现）4）将更新了的空闲磁盘块分配表文件和文件目录文件写回磁盘（通过bitmap和directory的writeback（sector）实现）filesystemopen函数在文件系统中打开文件解释：参数为文件名。1）从磁盘载入文件目录文件2）在文件目录中，通过文件名，查找文件头部对应的磁盘号（通过directory的find（name）实现）3）如果存在，打开文件头部，并返回一个openfile类的指针（通过new一个openfile类实现）filesystemremove函数在文件系统中移除文件解释：参数为文件名。1）从磁盘载入空闲磁盘块分配表文件和文件目录文件2）将文件块从磁盘中移除（通过filehdr的deallocate（bitmap）函数实现）3）将文件头部从磁盘中移除（通过bitmap的clear（头部sector）实现）4）将文件从文件目录中移除（即清除文件名，文件头部sector的对子）（通过directory的remove（name）函数实现）5）将更新了的空闲磁盘块分配表文件和文件目录文件写回磁盘filesystemlist，print函数打印文件系统信息解释：打印文件系统的相关信息，包括磁盘块分配状况，文件目录情况，以及存在的文件的详细情况等。具体细节略。2.Filehdr.h(cc)5概述：定义了一个fileheader类，模拟文件头部。私有变量包括文件长度，文件占用的磁盘块个数，文件块，磁盘块对应关系数组。以及对文件块的分配，回收等函数。由于目前只支持定长文件，因此文件的信息在初始化的时候就确定了，文件头的信息在文件使用过程中不会发生改变，类似于只读。函数介绍：函数名称主要功能filehdrallocate函数为文件块分配磁盘块解释：参数为空闲磁盘块分配表指针，和文件长度。1）更新私有变量：文件长度和文件占用的磁盘块个数（通过文件长度／一个磁盘块大小）实现2）为文件块分配对应的磁盘块。（通过bitmap的find函数实现）——注意：此时磁盘块仅仅是分配了，但是并没将文件写入。filehdrdeallocate函数将分配的磁盘块回收解释：参数为空闲磁盘块分配表指针1）for循环，将文件块，磁盘块对应关系数组中，每个文件块对应的磁盘块的占用标记清除（通过bitmap的clear函数实现）filehdrfetchfrom函数从磁盘中载入一个文件头部解释：参数为要载入的磁盘块的sector号调用synchdick的readsector函数，将sector对应的磁盘块内容读入，覆盖自己（类似于构造函数）filehdrwriteback函数将当前文件头部写回磁盘解释：和fetchfrom执行相反操作。filehdrbytetosector函数读入文件中偏移为offset的位置的磁盘块解释：参数为偏移量1）计算出偏移量对应的文件块2）通过私有变量数组，找到文件块对应的磁盘块3）返回磁盘块的磁盘号filehdrfilelength函数——返回文件大小fielderprint函数打印文件头部信息3.Directory.h(cc)概述：定义了两个类，一个是directoryentry类，一个是directory类。directoryentry类是做文件名，磁盘号，以及一个标识位，标志当前entry是否被使用了（注意！这里与filehdr里的文件块，磁盘块数组不同，filehdr里是某个文件所有内容所映射的磁盘块，directoryentry中时某个文件的文件头部映射的磁盘块）。directory类模拟文件目录。私有变量包括entry数量和一个directoryentry的entry数组。目前只实现了一级目录索引，最多只支持10个文件头部的存放。6函数介绍：函数名称主要功能directory构造函数初始化私有变量（在概述中介绍了）解释：初始化entry数组，以及将数组中的每个entry的标识位设为false（未使用）directoryfetchfrom函数从文件目录文件中载入directory解释：参数为openfile。调用openfile的readat函数，将文件目录文件的内容覆盖自己（类似于构造函数）directorywriteback函数将当前文件目录写回目录文件解释：参数为openfile。调用openfile的writeat函数，将当前directory写回目录文件directoryfindindex＋find函数在entry数组中查找名字对应的文件头部磁盘块解释：参数为文件名for循环比对。并返回磁盘块的磁盘号。找不到返回－1directoryadd函数将一个文件名，文件头部磁盘块的磁盘号的条目加入entry数组中解释：参数为文件名，文件头部磁盘块的磁盘号。注意修改entry的标识位。directoryremove函数和add执行相反功能。directorylist，print函数打印directory的信息4.Openfile.h(cc)概述：定义了一个Openfile类，用于对文件执行基本操作：读和写。私有变量为文件头部的指针，以及当前文件的光标位置。函数介绍：函数名称主要功能Openfile构造函数初始化私有变量解释：参数为文件头部的磁盘块号文件头部的指针通过filehdr-fetchfrom(sector)函数载入磁盘内容；设置初始光标位置为0Openfileseek函数将当前光标位置设置为传入的参数Openfileread函数读入若干个字节到一个数组里解释：参数为返回的内容数组，和需读入的字节数。1）调用readAt(buffer,字节数，当前光标位置)读入若干字节到buffer当中；2）更新光标位置；返回内容数组7Openfilewrite函数写入若干字节到磁盘中解释：参数为需写入的内容数组，和写入的字节数步骤同read函数，只是将readAt变成了writeAt.OpenfilereadAt函数从当前光标位置读入若干字节到一个数组当中解释：参数为返回数组，字节数以及当前光标位置。1）获取文件长度（通过filehdr-filelength函数实现）2）确定当前光标位置所在的文件块（通过“光标位置/一个sector的大小”向上取整实现）3）确定需读入的最后一个字节所在的文件块（通过“光标位置+读入字节/一个sector的大小”向上取整实现）4）计算一共需要访问的磁盘快个数（通过2）3）步做差实现）5）将文件块对应的磁盘块内容读入数组当中（通过私有变量文件头部的bytetosector函数，得到文件块-磁盘快的映射）将真正需要的字节从数组当中取出（由于事实上所需要的字节不一定位于块的头，可能要从某个中间位置截断）图解释：OpenfilewriteAt函数从当前光标位置开始写入若干字节解释：操作步骤基本同上。Openfilelength函数获取文件长度解释：通过私有变量文件头部的filelength函数获得。5.Bitmap.h(cc)概述：在上个lab的实验报告中已经介绍过了。在这次lab中，bitmap作为空闲磁盘块分配表，以文件的形式存放。每一个bit标志了磁盘中某个块当前的情况。此外，还可以使用bitmap的函数，达到模拟对磁盘的管理功能。如改变某个bit为0或者1，或是寻找为0的bit（即空闲的磁盘快）等。Exercise2:扩展文件属性任务：增加文件描述信息，如“类型”、“创建时间”、“上次访问时间”、“上次修改时间”、“路径”等等。尝试突破文件名长度的限制。8完成情况：考虑：对于文件描述信息，可以在fileheader中加入，也可以在directory中加入。但考虑到如果都在fileheader中加入，会使得文件系统中最大文件长度急剧缩水（因为fileheader的文件块-磁盘快的映射对数量减少），所以，文件类型