113 lines
4.0 KiB
Markdown
113 lines
4.0 KiB
Markdown
|
# 基于简单文件系统（Simple File System）模拟环境，理解文件系统的基本实现
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 面向文件系统的用户操作
|
|||
|
|
- mkdir() - 创建一个新目录
|
|||
|
|
- creat() - 创建一个空文件
|
|||
|
|
- open(), write(), close() - 对文件写一个数据buffer
|
|||
|
|
- link() - 对文件创建一个硬链接（hard link）
|
|||
|
|
- unlink() - 对文件取消一个硬链接 (如果文件的链接数为0，则删除文件
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## disk filesystem的内部组织和关键数据结构
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### disk filesystem的内部组织
|
|||
|
|
- superblock : 可用inode数量，可用data block数量
|
|||
|
|
- inode bitmap ： inode的分配图（基于bitmap）
|
|||
|
|
- inodes ： inode的存储区域
|
|||
|
|
- data bitmap ： data block的分配图（基于bitmap）
|
|||
|
|
- data ： data block的存储区域
|
|||
|
|
|
|||
|
|
> bitmap: 0表示inode/data block是free， 1表示inode/data block是allocated
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### 关键数据结构
|
|||
|
|
|
|||
|
|
#### inode数据结构
|
|||
|
|
- inode : 包含3个fields, 用python list 表示
|
|||
|
|
- file type: f -> 常规文件：regular file, d -> 目录文件：directory
|
|||
|
|
- data block addr of file content: -1 -> file is empty
|
|||
|
|
- reference count: file/directory的引用计数
|
|||
|
|
|
|||
|
|
> 比如 刚创建的一个空文件inode： `[f a:-1 r:1]`， 一个有1个硬链接的文件inode `[f a:10 r:2]`
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
#### 数据块内容结构
|
|||
|
|
- 一般文件的内容的表示：只是包含单个字符的list，比如`['a']`, `['b']` .....
|
|||
|
|
- 目录内容的表示： 多个两元组`（name, inode_number）`形成的list，比如， 根目录 `[(.,0) (..,0)]`， 或者包含了一个`'f'`文件的根目录[(.,0) (..,0) (f,1)]
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### 完整文件系统的例子
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
fs.ibitmap: inode bitmap 11110000
|
|||
|
|
fs.inodes: [d a:0 r:6] [f a:1 r:1] [f a:-1 r:1] [d a:2 r:2] [] ...
|
|||
|
|
fs.dbitmap: data bitmap 11100000
|
|||
|
|
fs.data: [(.,0) (..,0) (y,1) (z,2) (x,3)] [u] [(.,3) (..,0)] [] ...
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
|
|||
|
|
> 此文件系统有8个inode, 8个data blocks. 其中，根目录包含5个目录项，`”.“，”..“，”y“，”z“，”x“`, ”y“是常规文件,并有文件内容，包含一个data block，文件内容为”u“。”z“是一个空的常规文件。”x“是一个目录文件，是空目录。
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### 辅助数据结构
|
|||
|
|
也可理解为内存中的文件系统相关数据结构
|
|||
|
|
|
|||
|
|
- fs.files :当前文件系统中的常规文件list
|
|||
|
|
- fs.dirs : 当前文件系统中的目录文件list
|
|||
|
|
- fs.nameToInum ： 文件名:inode_num的对应关系
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 文件系统执行流程
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### 文件系统初始化
|
|||
|
|
|
|||
|
|
第一步：格式化sfs文件系统
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
self.numInodes = numInodes
|
|||
|
|
self.numData = numData
|
|||
|
|
|
|||
|
|
self.ibitmap = bitmap(self.numInodes)
|
|||
|
|
self.inodes = []
|
|||
|
|
for i in range(self.numInodes):
|
|||
|
|
self.inodes.append(inode())
|
|||
|
|
|
|||
|
|
self.dbitmap = bitmap(self.numData)
|
|||
|
|
self.data = []
|
|||
|
|
for i in range(self.numData):
|
|||
|
|
self.data.append(block('free'))
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
|
|||
|
|
第二步：创建sfs文件系统的根目录
|
|||
|
|
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
self.ibitmap.markAllocated(self.ROOT)
|
|||
|
|
self.inodes[self.ROOT].setAll('d', 0, 2)
|
|||
|
|
self.dbitmap.markAllocated(self.ROOT)
|
|||
|
|
self.data[0].setType('d')
|
|||
|
|
self.data[0].addDirEntry('.', self.ROOT)
|
|||
|
|
self.data[0].addDirEntry('..', self.ROOT)
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
|
|||
|
|
第三步：在内存中保存相关数据
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
self.files = []
|
|||
|
|
self.dirs = ['/']
|
|||
|
|
self.nameToInum = {'/':self.ROOT}
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
第四步：随机生成文件相关的操作，改变sfs文件系统的内容
|
|||
|
|
- doAppend:
|
|||
|
|
- `fd=open(filename, O_WRONLY|O_APPEND); write(fd, buf, BLOCKSIZE); close(fd);`
|
|||
|
|
- doDelete:
|
|||
|
|
- `unlink()filename)`
|
|||
|
|
- doLink
|
|||
|
|
- `link()targetfile, sourcefile)`
|
|||
|
|
- doCreate
|
|||
|
|
- `create(filename)` OR `mkdir(dirname)`
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 问题1：
|
|||
|
|
根据文件系统的状态变化信息，给出具体的文件相关操作内容
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 问题2：
|
|||
|
|
实现 `writeFile, createFile, createLink, deleteFile`，使得你的实现能够达到与问题1的正确结果一致
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 问题3：
|
|||
|
|
实现`soft link`机制，并设计测试用例说明你实现的正确性。
|