设计一个简单的Linux二级文件系统并给出代码

时间: 2023-07-16 15:14:18 浏览: 55
我可以提供一个简单的Linux二级文件系统的设计思路和代码示例。 设计思路: 这是一个基于内存的简单文件系统,它的主要组成部分包括: 1. SuperBlock:超级块,存储了整个文件系统的信息,如块大小、块数量、inode数量等。 2. Inode:索引节点,存储了文件或目录的元数据,如文件类型、权限、大小、创建时间、修改时间等。 3. Block:数据块,存储了文件的实际数据。 4. Directory Entry:目录项,存储了目录下的文件或目录的名称和对应的inode号。 代码示例: 以下是一个简单的Linux二级文件系统的代码示例,包括了SuperBlock、Inode、Block和Directory Entry的定义和相关操作函数的实现。 ```C #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define BLOCK_SIZE 512 #define INODE_SIZE 64 #define DIR_ENTRY_SIZE 32 /* SuperBlock结构体 */ struct SuperBlock { int block_size; // 块大小 int block_count; // 块数量 int inode_count; // inode数量 int free_block_count; // 空闲块数量 int free_inode_count; // 空闲inode数量 }; /* Inode结构体 */ struct Inode { int type; // 文件类型,0表示文件,1表示目录 int permission; // 权限 int size; // 大小 int block_count; // 数据块数量 int blocks[10]; // 数据块指针 time_t ctime; // 创建时间 time_t mtime; // 修改时间 }; /* Block结构体 */ struct Block { char data[BLOCK_SIZE]; }; /* Directory Entry结构体 */ struct DirEntry { char name[28]; // 文件或目录名 int inode; // inode号 }; /* 初始化超级块 */ void init_super_block(struct SuperBlock *sb, int block_count, int inode_count) { sb->block_size = BLOCK_SIZE; sb->block_count = block_count; sb->inode_count = inode_count; sb->free_block_count = block_count; sb->free_inode_count = inode_count; } /* 初始化inode */ void init_inode(struct Inode *inode, int type, int permission) { inode->type = type; inode->permission = permission; inode->size = 0; inode->block_count = 0; memset(inode->blocks, 0, sizeof(inode->blocks)); inode->ctime = time(NULL); inode->mtime = time(NULL); } /* 分配一个空闲inode */ int alloc_inode(struct SuperBlock *sb) { if (sb->free_inode_count == 0) { printf("Error: no free inode\n"); return -1; } int inode = sb->inode_count - sb->free_inode_count; sb->free_inode_count--; return inode; } /* 分配一个空闲数据块 */ int alloc_block(struct SuperBlock *sb) { if (sb->free_block_count == 0) { printf("Error: no free block\n"); return -1; } int block = sb->block_count - sb->free_block_count; sb->free_block_count--; return block; } /* 释放一个inode */ void free_inode(struct SuperBlock *sb, int inode) { sb->free_inode_count++; } /* 释放一个数据块 */ void free_block(struct SuperBlock *sb, int block) { sb->free_block_count++; } /* 获取inode对应的数据块 */ int get_block(struct Inode *inode, int index) { if (index < 10) { return inode->blocks[index]; } printf("Error: file too large\n"); return -1; } /* 设置inode对应的数据块 */ void set_block(struct Inode *inode, int index, int block) { if (index < 10) { inode->blocks[index] = block; inode->block_count++; } else { printf("Error: file too large\n"); } } /* 读取数据块 */ void read_block(struct Block *block, int fd, int offset) { fseek(fd, offset * BLOCK_SIZE, SEEK_SET); fread(block->data, BLOCK_SIZE, 1, fd); } /* 写入数据块 */ void write_block(struct Block *block, int fd, int offset) { fseek(fd, offset * BLOCK_SIZE, SEEK_SET); fwrite(block->data, BLOCK_SIZE, 1, fd); } /* 根据inode号读取inode */ void read_inode(struct Inode *inode, int fd, int inode_num) { fseek(fd, sizeof(struct SuperBlock) + inode_num * INODE_SIZE, SEEK_SET); fread(inode, INODE_SIZE, 1, fd); } /* 根据inode号写入inode */ void write_inode(struct Inode *inode, int fd, int inode_num) { fseek(fd, sizeof(struct SuperBlock) + inode_num * INODE_SIZE, SEEK_SET); fwrite(inode, INODE_SIZE, 1, fd); } /* 根据目录项名字查找inode号 */ int find_dir_entry(struct Block *block, char *name) { int i; struct DirEntry *de; for (i = 0; i < BLOCK_SIZE / DIR_ENTRY_SIZE; i++) { de = (struct DirEntry *)(block->data + i * DIR_ENTRY_SIZE); if (strcmp(de->name, name) == 0) { return de->inode; } } return -1; } /* 在目录下创建一个文件 */ void create_file(struct SuperBlock *sb, struct Inode *dir_inode, char *name, int permission) { if (dir_inode->type != 1) { printf("Error: not a directory\n"); return; } int inode_num = alloc_inode(sb); if (inode_num == -1) { return; } int block_num = alloc_block(sb); if (block_num == -1) { free_inode(sb, inode_num); return; } struct Inode inode; init_inode(&inode, 0, permission); set_block(&inode, 0, block_num); write_inode(&inode, fd, inode_num); struct Block block; memset(&block, 0, sizeof(block)); write_block(&block, fd, block_num); struct DirEntry de; strncpy(de.name, name, 28); de.inode = inode_num; read_block(&block, fd, 0); struct DirEntry *pde = (struct DirEntry *)block.data; int i; for (i = 0; i < BLOCK_SIZE / DIR_ENTRY_SIZE; i++) { if (pde->inode == 0) { memcpy(pde, &de, DIR_ENTRY_SIZE); write_block(&block, fd, 0); return; } pde++; } printf("Error: directory is full\n"); free_inode(sb, inode_num); free_block(sb, block_num); } /* 在目录下创建一个目录 */ void create_dir(struct SuperBlock *sb, struct Inode *dir_inode, char *name, int permission) { if (dir_inode->type != 1) { printf("Error: not a directory\n"); return; } int inode_num = alloc_inode(sb); if (inode_num == -1) { return; } int block_num = alloc_block(sb); if (block_num == -1) { free_inode(sb, inode_num); return; } struct Inode inode; init_inode(&inode, 1, permission); set_block(&inode, 0, block_num); write_inode(&inode, fd, inode_num); struct Block block; memset(&block, 0, sizeof(block)); write_block(&block, fd, block_num); struct DirEntry de; strncpy(de.name, name, 28); de.inode = inode_num; read_block(&block, fd, 0); struct DirEntry *pde = (struct DirEntry *)block.data; int i; for (i = 0; i < BLOCK_SIZE / DIR_ENTRY_SIZE; i++) { if (pde->inode == 0) { memcpy(pde, &de, DIR_ENTRY_SIZE); write_block(&block, fd, 0); return; } pde++; } printf("Error: directory is full\n"); free_inode(sb, inode_num); free_block(sb, block_num); } /* 初始化文件系统 */ void init_filesystem(char *filename, int block_count, int inode_count) { FILE *fd = fopen(filename, "w+"); if (fd == NULL) { printf("Error: cannot create file system\n"); return; } struct SuperBlock sb; init_super_block(&sb, block_count, inode_count); fwrite(&sb, sizeof(sb), 1, fd); struct Inode root_inode; init_inode(&root_inode, 1, 0777); write_inode(&root_inode, fd, 0); struct Block root_block; memset(&root_block, 0, sizeof(root_block)); struct DirEntry de; strncpy(de.name, ".", 28); de.inode = 0; memcpy(root_block.data, &de, DIR_ENTRY_SIZE); strncpy(de.name, "..", 28); de.inode = 0; memcpy(root_block.data + DIR_ENTRY_SIZE, &de, DIR_ENTRY_SIZE); write_block(&root_block, fd, 0); fclose(fd); } /* 打开文件系统 */ void open_filesystem(char *filename) { fd = fopen(filename, "r+"); if (fd == NULL) { printf("Error: cannot open file system\n"); return; } fread(&sb, sizeof(sb), 1, fd); } /* 关闭文件系统 */ void close_filesystem() { fclose(fd); } /* 创建文件 */ void create_file(char *path, int permission) { int inode_num = 0; char *p = strtok(path, "/"); while (p != NULL) { struct Inode inode; read_inode(&inode, fd, inode_num); int block_num = get_block(&inode, 0); struct Block block; read_block(&block, fd, block_num); inode_num = find_dir_entry(&block, p); if (inode_num == -1) { create_file(&sb, &inode, p, permission); return; } p = strtok(NULL, "/"); } printf("Error: file already exists\n"); } /* 创建目录 */ void create_dir(char *path, int permission) { int inode_num = 0; char *p = strtok(path, "/"); while (p != NULL) { struct Inode inode; read_inode(&inode, fd, inode_num); int block_num = get_block(&inode, 0); struct Block block; read_block(&block, fd, block_num); inode_num = find_dir_entry(&block, p); if (inode_num == -1) { create_dir(&sb, &inode, p, permission); return; } p = strtok(NULL, "/"); } printf("Error: directory already exists\n"); } /* 删除文件 */ void delete_file(char *path) { int inode_num = 0; char *p = strtok(path, "/"); while (p != NULL) { struct Inode inode; read_inode(&inode, fd, inode_num); int block_num = get_block(&inode, 0); struct Block block; read_block(&block, fd, block_num); inode_num = find_dir_entry(&block, p); if (inode_num == -1) { printf("Error: file not found\n"); return; } p = strtok(NULL, "/"); } struct Inode inode; read_inode(&inode, fd, inode_num); if (inode.type != 0) { printf("Error: not a file\n"); return; } free_inode(&sb, inode_num); int i; for (i = 0; i < inode.block_count; i++) { free_block(&sb, inode.blocks[i]); } } /* 删除目录 */ void delete_dir(char *path) { int inode_num = 0; char *p = strtok(path, "/"); while (p != NULL) { struct Inode inode; read_inode(&inode, fd, inode_num); int block_num = get_block(&inode, 0); struct Block block; read_block(&block, fd, block_num); inode_num = find_dir_entry(&block, p); if (inode_num == -1) { printf("Error: directory not found\n"); return; } p = strtok(NULL, "/"); } struct Inode inode; read_inode(&inode, fd, inode_num); if (inode.type != 1) { printf("Error: not a directory\n"); return; } struct Block block; read_block(&block, fd, inode.blocks[0]); struct DirEntry *de = (struct DirEntry *)block.data; int i; for (i = 0; i < BLOCK_SIZE / DIR_ENTRY_SIZE; i++) { if (de->inode != 0) { struct Inode child_inode; read_inode(&child_inode, fd, de->inode); if (child_inode.type == 0) { free_inode(&sb, de->inode); int j; for (j = 0; j < child_inode.block_count; j++) { free_block(&sb, child_inode.blocks[j]); } } else { delete_dir(child_inode.blocks[0]); free_inode(&sb, de->inode); free_block(&sb, child_inode.blocks[0]); } } de++; } free_inode(&sb, inode_num); free_block(&sb, inode.blocks[0]); } /* 列出目录下的文件和目录 */ void list_dir(char *path) { int inode_num = 0; char *p = strtok(path, "/"); while (p != NULL) { struct Inode inode; read_inode(&inode, fd, inode_num); int block_num = get_block(&inode, 0); struct Block block; read_block(&block, fd, block_num); inode_num = find_dir_entry(&block, p); if (inode_num == -1) { printf("Error: directory not found\n"); return; } p = strtok(NULL, "/"); } struct Inode inode; read_inode(&inode, fd, inode_num); if (inode.type != 1) { printf("Error: not a directory\n"); return; } struct Block block; read_block(&block, fd, inode.blocks[0]); struct DirEntry *de = (struct DirEntry *)block.data; int i; for (i = 0; i < BLOCK_SIZE / DIR_ENTRY_SIZE; i++) { if (de->inode != 0) { struct Inode child_inode; read_inode(&child_inode, fd, de->inode); if (child_inode.type == 0) { printf("%s\n", de->name); } else { printf("%s/\n", de->name); } } de++; } } int main() { init_filesystem("test.fs", 1024, 128); open_filesystem("test.fs"); create_dir("/", 0777); create_file("/test.txt", 0666); list_dir("/"); delete_file("/test.txt"); delete_dir("/"); close_filesystem(); return 0; } ``` 以上代码仅供参考,可能存在不完善的地方,仅供学习和交流。

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