MacOS环境-手写操作系统-43-dir命令的实现和文件写入原创

dir命令和文件写入

1.简介

本节要实现的控制台命令是dir

它的作用是列举出当前目录下的文件信息

我们当前的操作系统根本没有硬盘更没有文件系统

那么这个命令列举的文件从哪里来呢？

由于我们的系统内核是存储在软盘上的因此我们直接把软盘当做系统硬盘

该命令列举的是存储在虚拟软盘上的文件

假设我们在虚拟软盘上存储了两个文件

分别为abc.exe, efg.sys,文件的大小分别为256字节和128字节

2.代码

我们先看看FAT12文件系统是如何记录文件信息的

每个存储在FAT12系统上的文件都有一个文件目录用于存储文件的基本信息

这个目录的数据结构如下

struct FILEINFO {
    unsigned char name[8], ext[3], type;
    char  reserve[10];
    unsigned short time, date, clustno;
    unsigned int  size;
};

这个结构体的头8个字节对应name,也就是文件名也就是说存储的文件它的名称绝不能对于8个字符

接下来三个字节对应的是文件扩展名第12个字节也就是type 它对应的是文件的类型

它的值意义如下

0x01 只读文件
0x02 隐藏文件
0x04 系统文件
0x08 非文件信息
0x10 目录

接下来的10字节为保留这是微软规定的

跟着的两个字节

首先是time 和 date 用于表示文件的生成时间

最后4个字节就是文件的大小

当前我们的虚拟软盘所存储的信息

其布局是这样的最开始的512字节是引导扇区代码

接下来存储的就是系统内核

然后跟着是FAT12文件系统对应的文件目录

也就是上面描述的数据结构存了几个文件就有几个FILEINFO数据结构

由此先看看我们当前的内核到底有多大这样我们才能计算出文件目录在软盘中的位置

进而确定它加载到内存后所对应的位置

运行生成虚拟软盘的java工程通过输出

当前系统内核的大小总共是71个扇区

每个扇区大小是512字节

因此内核的总大小是71*512=0x8E00 字节

我们的内核加载到内存时是从起始地址0x8000开始的

于是内核在内存中的末尾地址就是

0x10E00 = 0x8000 + 0x8E00

由于我们把文件的目录信息直接跟在内核末尾的，因此文件目录信息的起始地址就是0x10E00.

接着我们看看文件目录信息是如何写到虚拟磁盘上的

import java.nio.ByteBuffer;


public class FileHeader {
    private byte[] header = new byte[32];

    public void setFileName(String s) {
        int len = s.length() > 8 ? 8 : s.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            header[i] = (byte)s.charAt(i);
        }
    }

    public void setFileExt(String s) {
        int len = s.length() > 3 ? 3 : s.length();
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            header[8+i] = (byte)s.charAt(i);
        }
    }

    public void setFileType(Byte t) {
        header[11] = t;
    }

    public void setFileTime(byte[] time) {
        header[22] = time[0];
        header[23] = time[1];
    }

    public void setFileDate(byte[] date) {
        header[24] = date[0];
        header[25] = date[1];
    }

    public void setFileClusterNo(byte[] no) {
        header[26] = no[0];
        header[27] = no[1];
    }

    public void setFileSize(int size) {
        byte[] buf = ByteBuffer.allocate(4).putInt(size).array();
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            header[28+i] = buf[3 - i];
        }
    }

    public byte[] getHeaderBuffer() {
        return header;
    }
}

一个FileHeader 类用来表示一个文件目录它对应前头提到的FILEINFO数据结构

它提供了几个接口用来设置文件名扩展名等相关信息


public class DiskFileSystem {
    private Floppy floppyWriter;
    private int beginSec;
    private int fileHeaderCount = 0;
    private byte[] buffer = new byte[512];
    private int cylinder = 0;

    public DiskFileSystem(Floppy disk, int  cylinder, int sec) {
        this.floppyWriter = disk;
        this.beginSec = sec;
        this.cylinder = cylinder;
    }

    public void addHeader(FileHeader header) {
        if (fileHeaderCount >= 16) {
            flashFileHeaders();
            fileHeaderCount = 0;
            buffer = new byte[512];
            beginSec++;
        }

        byte[] headerBuf = header.getHeaderBuffer();
        for (int i = 0; i < 32; i++) {
            buffer[fileHeaderCount * 32 + i] = headerBuf[i];
        }

        fileHeaderCount++;
    }

    public void flashFileHeaders() {
        floppyWriter.writeFloppy(Floppy.MAGNETIC_HEAD.MAGNETIC_HEAD_0 , cylinder, beginSec, buffer);
    }
}

DiskFileSystem 用于把文件目录结构写入到磁盘的指定地方

该类的初始函数需要传入几个参数

disk 表示虚拟磁盘

cylinder 表示文件目录所要写入的柱面

sec 表示所在柱面的起始扇区

我们编译运行一下

Java 运行之后软盘的占用情况

......
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:7
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:8
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:9
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:10
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:11
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:12
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:13
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:14
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:15
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:16
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:17
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 3 and sector:18
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:1
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:2
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:3
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:4
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:5
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:6
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:7
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:8
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:9
Load file kernel.bat to floppy with cylinder: 4 and sector:10

可以看到内核最后写入到虚拟软盘的第4柱面，第17扇区

（原老师是17 我是10 但是我比他小所以我按老师的来就行当然也可以根据自己的情况来）

由于我们的文件目录紧跟着内核存储

因此我们的文件目录要写入到第4柱面第18扇区

于是我们在生成虚拟软盘时

在指定位置写下文件目录

 public void makeFllopy()   {
        writeFileToFloppy("kernel.bat", false, 1, 1);

        //test file system
			  // 这里设置文件的存储位置
        DiskFileSystem fileSys = new DiskFileSystem(floppyDisk, 4, 18);
        FileHeader header = new FileHeader();
        header.setFileName("abc");
        header.setFileExt("exe");
        byte[] date = new byte[2];
        date[0] = 0x11;
        date[1] = 0x12;
        header.setFileTime(date);
        header.setFileDate(date);
        header.setFileSize(256);
        fileSys.addHeader(header);

        header = new FileHeader();
        header.setFileName("efg");
        header.setFileExt("sys");
        header.setFileSize(128);
        fileSys.addHeader(header);

        fileSys.flashFileHeaders();

        //test file system

        floppyDisk.makeFloppy("system.img");
    }

上面代码先创建了两个文件目录这两个文件名分别为abc.exe 和 efg.sys

这两个文件是虚拟的我们只在磁盘上构造它们的目录

在磁盘上并没有这两个文件的实际数据

磁盘上有了文件目录后我们要编写内核代码让内核能够读取显示相关信息

调整下代码

首先在global_define.h添加如下代码

#define  ADR_DISKIMG  0x10E00

struct FILEINFO {
    unsigned char name[8], ext[3], type;
    char  reserve[10];
    unsigned short time, date, clustno;
    unsigned int  size;
};

ADR_DISKIMG 就是文件目录在内存中的起始地址

FILEINFO对应的就是前面提到过的FAT12文件系统对应的文件目录信息

当我们在控制台输入命令dir 后控制台从指定位置把FILEINFO结构数据读取出来

并把对应的文件名和文件大小显示出来

代码如下在write_vga_desktop.c中

void console_task(struct SHEET *sheet, int memtotal) {
....
struct FILEINFO* finfo = (struct FILEINFO*)(ADR_DISKIMG);

    for(;;) {
    ....
    else if (strcmp(cmdline, "dir") == 1) {
          while (finfo->name[0] != 0) {
            char s[13];
            s[12] = 0;
            int k;
            for (k = 0; k < 8; k++) {
              if (finfo->name[k] != 0) {
              	s[k] = finfo->name[k]; 
              }else {
              	break;
            	}
            }

            int t = 0;
            s[k] = '.';
            k++;
            for (t = 0; t < 3; t++) {
            	s[k] = finfo->ext[t];
            	k++;
            }

            showString(shtctl, sheet, 16, cursor_y, COL8_FFFFFF, s);
            int offset = 16 + 8*15;
            char* p = intToHexStr(finfo->size);
            showString(shtctl, sheet, offset, cursor_y, COL8_FFFFFF, p);
            cursor_y = cons_newline(cursor_y, sheet);
            finfo++;

          }
    ....
    }
....
}

当控制台收到dir命令时

它先从地址ADR_DISKIMG开始读取第一个文件目录信息

如果文件名的起始第一个字符不是0

那么表明接下来的32字节表示有效的文件目录信息

于是代码先获取文件名然后获取文件扩展名最后得到文件大小

然后依次把这些信息显示到控制台上

接着越过32字节再判断接下来的32个字节是否表示有效的文件目录信息

如果是再按照原有逻辑继续显示相关信息