Ecosyste.ms: Awesome
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https://github.com/FrezCirno/FilesystemSimulator
https://github.com/FrezCirno/FilesystemSimulator
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JSON representation
- Host: GitHub
- URL: https://github.com/FrezCirno/FilesystemSimulator
- Owner: frezcirno
- Created: 2020-07-10T04:44:03.000Z (almost 4 years ago)
- Default Branch: master
- Last Pushed: 2020-07-10T04:48:57.000Z (almost 4 years ago)
- Last Synced: 2024-03-02T14:34:15.306Z (4 months ago)
- Language: C#
- Size: 847 KB
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- Forks: 0
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-
Metadata Files:
- Readme: README.md
Lists
- awesome-tjsse-project - FrezCirno/FilesystemSimulator
README
# 操作系统第三次项目——文件系统模拟
## *谭梓煊(1853434) 2020.7.10*
[TOC]
## 0.项目概述 -- 完成情况
- [x] **基本文件系统** -- 按名存取，使用多级索引表
- [x] **磁盘格式化/保存到文件** -- 数据持久化
- [x] **创建/删除/重命名** -- 自动处理文件(夹)重名问题
- [x] **复制/粘贴/剪切** -- 内置剪贴板，递归复制文件(夹)
- [x] **前进/后退/返回上一级** -- 自动记录浏览历史，支持前进、后退
- [x] **按名查找** -- 可以搜索当前目录下的文件(夹)
- [x] **GUI文件浏览器** -- 所见即所得，实时显示系统可用空间和剩余空间
- [x] **文件编辑器** -- 可更换字体字号，显示当前编辑位置，自动提示保存
## 1.项目背景
### 1.1 相关背景
文件系统是操作系统中统一管理信息资源的一种软件，管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用。对于操作系统而言，文件系统是必不可少，本次项目要求实现一个模拟的文件系统。
### 1.2 项目需求
- 在内存中开辟一个空间作为文件存储器，在其上实现一个简单的文件系统。
- 退出这个文件系统时，需要该文件系统的内容保存到磁盘上，以便下次可以将其恢复到内存中来。
### 1.3 项目目的
- 理解文件存储空间的管理；
- 掌握文件的物理结构、目录结构和文件操作；
- 实现简单文件系统管理；
- 加深对文件系统内部功能和实现过程的理解；
## 2.需求分析
#### 具体要求：
文件存储空间管理可采取显式链接（如FAT）或者其他方法；
空闲空间管理可采用位图或者其他方法；
文件目录采用多级目录结构，目录项目中应包含：文件名、物理地址、长度等信息。
#### 文件系统提供的操作：
- 格式化
- 创建子目录
- 删除子目录
- 显示目录
- 更改当前目录
- 创建文件
- 打开文件
- 关闭文件
- 写文件
- 读文件
- 删除文件
- ......
## 3.项目设计
### 3.1 文件逻辑表示
建立`FCB`文件控制块类，每一个`FCB`对象表示一个文件或目录，`FCB`类中存储着文件的名称、类型、大小、数据分配表、父目录指针、兄弟指针等信息，我们通过`FCB`来管理文件；
所有的`FCB`通过双向长子-兄弟表示法组成一棵多叉树结构，多叉树的每个节点都是一个`FCB`对象。
### 3.2 文件存储管理
按照项目需求，在内存中开辟一个空间作为文件存储器，在其上实现一个简单的文件系统。
#### 3.2.1 块存储单元
在内存上存储数据，建立了`Block`类作为存储数据的基本单位，每个Block可以存储**64**字节的数据，并且定义了设置和获得数据的接口。
#### 3.2.2 空闲空间管理
本项目采用位图管理空闲空间，建立了`BitMap`类，专门负责空闲空间分配和回收；
位图内部开辟了10\*1024个`Block`空间，作为系统的总存储空间；
空闲空间的分配按照循环遍历的原则，先找到的空位先进行分配。
#### 3.2.3 文件分配表结构
本项目采用了多级索引表管理文件存储的物理结构；
建立`IndexTable`类作为主索引表，`PrimaryIndex`类作为一级索引表，`SecondaryIndex`类作为二级索引表，每一级索引表中都包含着索引数组`index[]`，利用该数组顺序记录`BitMap`分配的空闲空间索引，每一个`FCB`对象都包含一个索引表，用于记录该文件存储的blocks的索引。
每张索引表包括10个指向基本物理块的指针，1个一级间接索引表和1张二级间接索引表，每张一级间接索引表可指向128个基本物理块，每张二级间接索引表可指向128个一级间接索引表。
经过多级索引表的表示，该文件系统支持的最大文件为`(10+128+128*128)*64B=1032KB`；
### 3.3 目录表示
目录与普通文件一致，采用一个`FCB`结构表示。与普通文件不同的是，目录不包含文件分配表；
由于本项目采用树形逻辑表示，因此可以很方便地创建文件和子文件夹；
### 3.4 内存数据持久化
利用C#的序列化功能，将`BitMap`，`Directory`，`FCB`，`IndexTable`，`Block`类均声明为`Serializable`；
在关闭程序时，将该文件管理系统每个类的数据序列化后存储到硬盘；
启动程序时通过反序列化将数据从硬盘读回内存中，如果失败则会创建新的文件系统；
## 4.关键代码
### 4.1 `FCB`类
```c#
namespace TinyFileSystem
{
// File Control Block
// 文件控制块, 包含文件基本信息, 用于表示文件或目录
// 不包含块分配表, 放在File中
// 使用双向长子-兄弟表示法表示树形结构,
[Serializable]
public class FCB
{
public enum FileType { directory, regular };
public static int fileCounter = 0; // 文件总数
public int fileNo; // 文件号
public string name; // 文件名
public FileType type; // 文件类型
public int size; // 文件大小(字节)
public DateTime createTime; // 创建时间
public IndexTable blockTable; // 块分配图
public FCB child = null, parent = null; // 指向父目录和子目录的指针
public FCB next = null, pre = null; // 指向左右兄弟的指针
public string Path {
get
{
string path = this.name;
FCB fcb = this.parent;
while (fcb != null)
{
path = fcb.name + (fcb.parent == null ? "://" : "/") + path;
fcb = fcb.parent;
}
return path;
}
}
public FCB(string fileName, FileType fileType)
{
this.fileNo = fileCounter++;
this.name = fileName;
this.type = fileType;
this.size = 0;
this.createTime = DateTime.Now;
if (fileType == FileType.regular)
{
this.blockTable = new IndexTable();
}
}
public void AppendChild(FCB child)
{
if (this.child == null)
{
this.child = child;
child.parent = this;
}
else
{
FCB temp = this.child;
while (temp.next != null)
{
temp = temp.next;
}
temp.next = child;
child.pre = temp;
child.parent = this;
}
}
// 从链表中删除自己
public void Remove()
{
if (parent != null && parent.child == this)
{
parent.child = next;
}
else if (pre != null)
{
pre.next = next;
}
}
}
}
```
### 4.2 `Block`类
```c#
namespace TinyFileSystem
{
// 数据块, 长度64个字节
[Serializable]
public class Block
{
public static readonly int blockSize = 64;
private readonly char[] data = new char[blockSize];
private int size = 0;
public Block()
{
}
public void SetData(string data)
{
size = (data.Length > blockSize) ? blockSize : data.Length;
for(int i = 0; i < size; i++)
{
this.data[i] = data[i];
}
}
public string GetData()
{
return new string(data);
}
}
}
```
### 4.3 `BitMap`类
```c#
namespace TinyFileSystem
{
// 位图, 管理数据块
[Serializable]
public class BitMap
{
public int size = 0; // 当前使用容量
public static int capacity = 10 * 1024; // 位图最大容量
private readonly bool[] bitMap = new bool[capacity];
private readonly Block[] blocks = new Block[capacity];
public BitMap()
{
for (int i = 0; i < capacity; i++)
{
bitMap[i] = true;
}
}
//Get a block's data
public string GetBlock(int i)
{
return blocks[i].GetData();
}
// 申请一个新块, 并设置数据, 返回块号
// 找不到新块时返回-1
public int NewBlock(string data)
{
size %= capacity;
int tempPointer = size;
while (true)
{
if (bitMap[tempPointer])
{
blocks[tempPointer] = new Block();
blocks[tempPointer].SetData(data);
size = tempPointer + 1;
return tempPointer;
}
else
{
tempPointer += 1;
tempPointer %= capacity;
}
if (tempPointer == size)
{
break;
}
}
return -1;
}
public void FreeBlock(int index)
{
bitMap[index] = true;
}
public void FreeBlock(List indexs)
{
foreach(int i in indexs)
{
bitMap[i] = true;
}
}
// 将所有内容创建成一个数据块列表, 返回这个列表的blockTable
public IndexTable CreateBlockTable(string data)
{
IndexTable table = new IndexTable();
while (data.Count() > Block.blockSize)
{
table.AddIndex(NewBlock(data.Substring(0, Block.blockSize)));
data = data.Remove(0, Block.blockSize);
}
table.AddIndex(NewBlock(data));
return table;
}
}
}
```
### 4.4 `IndexTable`类
```c#
namespace TinyFileSystem
{
// 多级索引结构
// 最多支持10+128+128*128个数据块
[Serializable]
public class IndexTable
{
public static int capacity = 10;
private readonly int[] index = new int[capacity];
private int size = 0;
private PrimaryIndex pIndex;
private SecondaryIndex sIndex;
public IndexTable()
{
}
public bool Isfull()
{
return size >= capacity;
}
public bool AddIndex(int block)
{
if (!Isfull())
{
index[size] = block;
size++;
if(size == capacity)
{
pIndex = new PrimaryIndex();
}
}
else if (!pIndex.Isfull())
{
pIndex.AddIndex(block);
if (pIndex.Isfull())
{
sIndex = new SecondaryIndex();
}
}
else if(!sIndex.Isfull())
{
sIndex.AddIndex(block);
}
else
{
return false;
}
return true;
}
public List GetBlockList()
{
List blockList = new List();
for(int i = 0; i < size; i++)
{
blockList.Add(index[i]);
}
if(size == 100)
{
for(int j = 0;j < pIndex.size; j++)
{
blockList.Add(pIndex.index[j]);
}
}
if (pIndex != null && pIndex.Isfull())
{
foreach (PrimaryIndex pIndex in sIndex.pIndex)
{
for(int k = 0; k < pIndex.size; k++)
{
blockList.Add(pIndex.index[k]);
}
}
}
return blockList;
}
}
[Serializable]
public class PrimaryIndex
{
public static int capacity = 128;
public int[] index = new int[capacity];
public int size = 0;
public PrimaryIndex()
{
}
public void AddIndex(int data)
{
index[size] = data;
size++;
}
public bool Isfull()
{
return size >= capacity;
}
}
[Serializable]
public class SecondaryIndex
{
public static int capacity = 128;
public List pIndex = new List{ new PrimaryIndex() };
public int size = 0;
public SecondaryIndex()
{
}
public bool Isfull()
{
return size >= capacity;
}
public void AddIndex(int data)
{
PrimaryIndex temp = pIndex[size];
if (temp.Isfull())
{
pIndex.Add(new PrimaryIndex());
size++;
temp = pIndex[size];
}
temp.AddIndex(data);
}
}
}
```
## 5.程序演示
### 5.1 界面说明
最上方为菜单栏功能区，功能如下
- 文件
- 新建
- 文件 -- 在当前目录下创建一个新文件
- 文件夹 -- 在当前目录下创建一个新文件夹
- 删除 -- 删除选中的文件/文件夹
- 打开 -- 编辑选中的文件/进入选中的文件夹
- 格式化 -- 格式化文件系统
- 保存 -- 将文件系统同步写入真实文件中
- 编辑 -- 和现有文件系统功能类似
- 剪切
- 复制
- 粘贴
- 帮助
- 关于 -- 显示"关于"窗口
- 使用帮助 -- 显示"使用帮助"窗口
上方左侧的三个按钮分别为`后退`，`前进`，`返回上一层目录`，在文件浏览过程中，系统会自动文件记录浏览历史，可以通过后退前进键快速跳转；
上方中间的路径栏会显示当前目录的路径，以`我的文件://`开始；
上方右侧为文件搜索栏，可以按名搜索当前目录下的文件和文件夹；
左侧为文件系统树状结构视图，单击文件夹可以进入目录，双击普通文件可以打开编辑窗口；
右侧为当前目录的详细视图，显示当前文件夹中的文件信息列表，双击条目可以执行切换路径、编辑文件操作；右键点击会弹出便捷菜单，与顶部菜单栏类似；
底部为文件系统状态栏，显示文件系统可用空间与剩余空间等信息；
### 5.2 新建文件与文件夹
该文件系统具有重名检查功能，会自动添加后缀序号避免重名；
### 5.3 进入子文件夹
双击文件夹或选中后选择“打开”均可进入子文件夹，此时地址栏地址会变化，当前目录文件视图也会刷新
### 5.4 文本文件的操作
双击文件或选中后选择“打开”均可打开文本编辑器，可以对普通文件以文本方式进行编辑；
通过上方菜单栏可以修改字体字号，保存修改，退出等等；
编辑时，底部状态栏会实时反馈当前编辑位置；
关闭编辑器时，若文件尚未保存，系统会提示用户是否需要保存，并更新文件大小信息；
### 5.5 格式化
点击格式化可以格式化当前文件系统；
### 5.6 保存
退出文件系统时会提示是否保存系统信息，点击确定后会将当前的数据序列化后存储到硬盘中，在菜单栏中可以读取本地保存的文件系统数据；
## 6.附录
### 6.1 文件说明
```第三次项目
│ README.md
│ 项目文档.pdf
│
├─exe -- 可执行文件
│ bitMap.dat
│ catalogTable.dat
│ catalogTree.dat
│ TinyFileSystem.exe
│ TinyFileSystem.exe.config
│ TinyFileSystem.pdb
│
├─img -- 文档图片
│ 1.png
│ 2.png
│ 3.png
│ 4.png
│
└─src -- 项目源代码
│ FileSystem.sln
│
└─Filesystem
│ App.config
│ Class1.cs
│ Editor.cs
│ Editor.Designer.cs
│ Editor.resx
│ FileSystem.csproj
│ MainWindows.cs
│ MainWindows.Designer.cs
│ MainWindows.resx
│ Program.cs
│
├─Kernel -- 文件系统核心部分
│ BitMap.cs
│ Block.cs
│ FCB.cs
│ FCBTable.cs
│ IndexTable.cs
│
├─Properties
│ AssemblyInfo.cs
│ Resources.Designer.cs
│ Resources.resx
│ Settings.Designer.cs
│ Settings.settings
│
└─Resource -- 项目资源文件
file18.png
folder18.png
```
### 6.2 开发环境
- 操作系统：windows 10 64-bit
- 开发语言：C#.NET
- 开发环境：Visual Studio 2019