LINUX第11章学习笔记——EX2文件系统

EX2文件系统

EX2文件系统数据结构

创建虚拟硬盘

mke2fs [-b blksize -N ninodes] device nblocks

虚拟磁盘布局

BLOCK#0:引导块

超级块

容纳整个文件系统的信息

超级块的重要字段：
__u32 s_inodes_count：//文件系统中节点总数
__u32 s_blocks_count：//文件系统中块总数
__u32 s_r_blocks_count://为超级用户保留的块数
__u32 s_free_blocks_count: //文件系统中空闲块总数
__u32 s_mtime：//文件系统的挂接时间
__u32 s_wtime：//最后一次对该超级块进行写操作的时间
__u32 s_magic ：//魔数签名，用于确定文件系统版本的标志
__u32 s_inodes_per_group：//表示每个组块的inode数目，查找文件inode所在块的位置很重要
__u32 s_mnt_count：//文件系统挂接计数
__u32 s_max_mnt_count：//文件系统最大挂接计数
__u32 s_state：//文件系统的状态

块组描述符

BLOCK#2：块组描述符块

块和索引节点位图

BLOCK#8:块位图
BLOCK:9：索引节点位图

索引节点

BLOCK#10:索引节点

涉及i_mode数组内容：直接块，间接块，双重间接块，三重间接块

数据块

紧跟在索引节点块后面的是文件存储数据块

目录条目

包含dir_entry结构

邮差算法

Linear_address LA = N*block + house;
Block_address BA = (LA/N,LA%N);

C语言中的Test-Set-Clear位

C语言结合使用邮差算法和位屏蔽来进行下面的位操作

编程实例

显示位图实例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/io.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>
// Cypedef u8, ul6, u32 SUPER for convenience typedef typedef typedef
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short ul6;
typedef unsigned int u32;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
SUPER *sp;
char buf[1024];
int fd, blksize, inodesize;
int print(char *s, u32 x)
{
    printf("%-30s = %8d\n", s, x);
}
int super(char *device)
{
    fd = open(device, O_RDONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        printf("open %s failed\n", device); 
        exit(1);
    }
    lseek(fd, (long)1024*1, 0);	// block 1 or offset 1024
    read(fd, buf, 1024);
    sp = (SUPER *)buf;	// as a super block structure
    // check for EXT2 FS magic number
    printf("%-30s = %8x ", "s_magic", sp->s_magic);
    if (sp->s_magic != 0xEF53)
    {
        printf("NOT an EXT2 FS\n"); exit(2);
    }
    printf("EXT2 FS OK\n"); 
    print("s_inodes_count",  sp->s_inodes_count);
    print("s_blocks _count", sp->s_blocks_count); 
    print("s_r_blocks_count", sp->s_r_blocks_count);
    print("s_free_inodes_count", sp->s_free_inodes_count);
    print("s_free_blocks_count", sp->s_free_blocks_count);
    print("s_first_data_blcok", sp->s_first_data_block); 
    print("s_log_block_s i z e", sp->s_log_block_size);
    print("s_blocks_per_group", sp->s_blocks_per_group); 
    print("s_inodes_per_group", sp-> s_inodes_per_group); 
    print("s_mnt_count", sp->s_mnt_count);
    print("s_max_mnt_count", sp-> s_max_mnt_count);
 
    printf("%-30s = %8x\n", "s_magic", sp->s_magic); 
    
    printf ("s_mtime = %s\n", ctime ((const time_t *)&sp->s_mtime)); 
    printf ("s_wtime = %s", ctime ((const time_t *)&sp->s_wtime)); 
    blksize = 1024 * (1 << sp->s_log_block_size);
    printf("block size = %d\n", blksize);
    printf("inode size = %d\n", sp->s_inode_size);
}

char *device = "vdisk";	// default device name
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc>1)
        device = argv[1];
    super(device);
}

显示位图

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/io.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>
typedef unsigned char u8;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
typedef struct ext2_group_desc GD;
#define BLKSIZE 1024

SUPER *sp;
GD *gp;
char buf[BLKSIZE]; 
int fd;
// get_block() reads a disk block into a buf[]?
int get_block(int fd, int blk, char *buf)
{
    lseek(fd, (long)blk*BLKSIZE, SEEK_SET); 
    return read(fd, buf, BLKSIZE);
}

int imap(char *device)
{
    int i, ninodes, blksize, imapblk;
    fd = open(device, O_RDONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        printf("open %s failed\n", device);
        exit(1);
    }
    get_block(fd, 1, buf);	// get superblock
    sp = (SUPER *)buf;
    // check magic number to ensure itz s an EXT2 FS ninodes = sp->s_inodes_count	//
    ninodes = sp->s_inodes_count;
    printf("ninodes = %d\n", ninodes);
    get_block(fd, 2, buf);	//
    gp = (GD *)buf;
    imapblk = gp->bg_inode_bitmap;	
    printf("imapblk = %d\n", imapblk);
    get_block(fd, imapblk, buf);	
    for ( i = 0; i <= ninodes/8; i++)
    {
        printf("%02x ", (u8)buf[i]);
    }
    printf("\n");
}
char *dev = "mydisk";
int main(int argc, char*argv[])
{
    if(argc>1) dev = argv[1];
    imap(dev);
}

显示根索引节点

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/io.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>
#define BLKSIZE 1024
typedef struct ext2_group_desc GD;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
typedef struct ext2_dir_entry_2 DIR;
typedef struct ext2_inode INODE;
SUPER *sp;
GD *gp;
INODE *ip;
DIR *dp;
char buf[BLKSIZE];
int fd,firstdata, inodesize ,blksize, iblock;
char *dev = "mydisk";

int get_block(int fd, int blk, char *buf)
{
    lseek(fd, blk*BLKSIZE, SEEK_SET);
    return read(fd, buf, BLKSIZE);
}

int inode (char *dev)
{
    int i;
    fd = open(dev, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        printf("open faild\n");
        exit(1);
    }
    get_block(fd, 2, buf);
    gp = (GD *)buf;
    printf("bmap_block=%d imap_block=%d inodes_table=%d \n", 
            gp->bg_block_bitmap,
            gp->bg_inode_bitmap,
            gp->bg_inode_table);
    iblock = gp->bg_inode_table;
    printf("----root inode information----\n");
    get_block(fd, iblock, buf);
    ip = (INODE *)buf;
    ip++;
    printf("mode = %4x ",ip->i_mode);
    printf("uid = %d gid = %d\n", ip->i_uid, ip->i_gid);
    printf("size = %d\n", ip->i_size);
    
    //unsigned int tmp = ip->i_ctime;
    printf("ctime = %s",ctime((const time_t *)&ip->i_ctime));
    printf("links = %d\n", ip->i_links_count);
    for ( i = 0; i < 15; i++)
    {
        if(ip->i_block[i])
        {
            printf("i_block[%d] = %d\n", i, ip->i_block[i]);
        }
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc>1) dev = argv[1];
    inode(dev);
}

*出现问题后续解决

显示目录条目

代码部分见上一周学习笔记

遍历算法

读取超级块和块组描述符块，之后重复循环，search()重复n次

路径名转换成索引节点

e.g INODE *path2inode(int fd,char *pathname)
返回一个指向文件索引节点的INODE指点

EX2文件系统实现

文件系统结构


PROC结构体
文件系统的根指针
open Table条目
内存索引节点
已挂载的文件系统表

文件系统的级别

  • 第一级别：实现了基本文件系统树
  • 第二级别：实现了文件内容读/写函数
  • 第三级别：实现了文件系统的挂载、卸载和文件保护

基本文件系统

基本了解type.h文件和global.c文件
链接：https://blog.csdn.net/hao_le_er/article/details/6667388

实用程序函数

  • get_block/put_block:假设某个块设备，例如真实磁盘或虚拟磁盘，只能以块大小为单位读写。对于真实磁盘，这是因为受到硬件的限制。对于虚拟磁盘，我们假设也是以块大小为单位读/写，这样就可以在需要时将代码移植到真实磁盘上。在虚拟磁盘上，我们先以读|写模式打开它，并使用文件描述符作为设备号。
  • iget(dev,ino):该函数返回一个指针，指向包含INODE(dev, ino)的内存 minodeo返回的minode是唯一的，即内存中只存在一个INODE副本。在实际文件系统中， 返回的minode被锁定为独占使用，直到它被释放或解锁。
  • input(INODE *mip):该函数会释放一个mip指向的用完的minode0每 个minode都有一个refCount,表示使用minode. iput()的用户数量为refCount减1。
  • getino():getino()函数可实现文件系统树遍历算法。它会返回指定路径名的INODE编号(ino)。首先，假设在1级文件系统的实现中，文件系统属于单个根设备, 不存在挂载设备和挂载点交叉。因此，getino()函数本质上返回的是路径名的(dev, ino)。
基本文件系统的实现

暂无实例展示

1级文件系统函数

mkdir 算法

mkdir pathname
mkdir创建了一个带路径名的新目录，让新目录权限改成0755

mkdir算法：

mkdir folderName
mkdir parentFolder folderName
status = mkdir(___)
[status,msg] = mkdir(___)
[status,msg,msgID] = mkdir(___)


链接：https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/mkdir.html

creat算法

创建了一个空的普通文件
和普通的UNIX/LINUX算法不同的是不会以写模式打开文件

rmdir算法

rmdir dirname

命令参数

-p： 递归删除，删除目录之前是否删除父目录，如果父目录为空的话就删除
-v： 删除目录时，显示删除信息
--help： 显示此帮助信息并退出
--version： 输出版本信息并退出

link算法

unlink算法

unlink filename
symlink命令：symlink old_file new_file
创建一个从new_file到old_file的符号链接，与硬链接不同，可以链接任何对象

readlink算法

2级文件系统函数

open算法

int open(char *filename,int flags);
打开一个文件进行读或写

lseek

lseek(fd,position,whence);
将打开的文件描述符在OFT中的偏移量设置为文件开头或当前位置开始的字节位置

close算法

可关闭文件描述符

读取普通文件

int read(int fd,char *buf,int nbytes);
read()详细图解

写普通文件

int write(int fd,char buf[],int nbytes);
write()详细图解：

opendir-readdir

UNIX把所有目录看成一个文件，因此不需要一组单独的opendir()和readdir()函数

int openddir(pathname)
{return open(pathname,RD|O_DIR)}

3级文件系统

挂载算法

mount filesys mount_point
可将某个文件系统挂载到mount_point目录上
卸载算法同理

交叉挂载点

向下遍历

向上遍历

文件保护

9个权限位

文件系统项目拓展

多个组-4KB大小块-管道文件-I/O缓冲

遇到的问题

实例中显示根索引节点mode,uid等一系列值报错为0
解决：mode,uid等数据在不兼容的指针类型间转换，如同ctime((const time_t *)&ip->i_ctime)，在&ip->i_ctime前加上(const time_t *)将其转换为允许的格式。这些指针需要加上const即可转换成功
posted @   20201303张奕博  阅读(177)  评论(0)  编辑  收藏  举报
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2020-10-02 《计算机科学概论》问题
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