[山东大学操作系统课程设计]实验四+实验五-编程知识

0.写在前面：

为什么这次把两个实验放在一起写了，因为实验五的要求就是在实验四的基础上完成实现的。但是我得实现说明，我的实验四虽然完成了要求，但是无法在我自己的实验四的基础上完成实验五，这是一个很大的问题，所以在这里将直接将实验四和实验五统一进行讲解和处理。

由于后续时间不足，因此实验四开始，全部的东西将完全使用报告的形式来进行演示。在一些我遇到坑的地方，我会告诉大家怎么样处理，当然仅此而已了。。。。。

对不起啦：D

小三爷，你大胆的往前走，莫回头

其实说真的，我的本职工作是写小说的，或许未来的某天我会试着重新开始写我想写的东西。

1.实验要求（四五）

1.实验四

实验四的要求，按照2021级的要求，大概就是这些了

1. 扩展nachos的文件大小

2. 增加文件的修改时间

其实对于这个实验来说，这个实验就是一个分水岭了，接下来该怎么做，就算是抄也要对源码部分有一定的理解才可以了。

2.实验五

实验五的要求，总结一下大致如下：

0.在实验四的基础上实现

1.实现二级索引

2.增加-DI指令，可以输出磁盘的占用状态

3.尝试并解释如何为nachos加上权限实现（不要求代码实现）

其实可以看出来，核心就在于两个实验各自的第一条，但是这个实验难搞的点就在于，我们需要百分百保证实验四的可行性，而实验手册对于这个的讲解其实非常混乱，因此我们在这里的实验步骤，是一次性完成实验四五的！大家可以按需所需，这个过程中需要什么可以直接选择，如果是全篇，可以拿去当实验五的完整步骤：

ok，那么我们开始？

2.实验步骤

首先，将图中对应文件移动进入lab5文件夹

filehdr类

在h头文件中，加入以下声明：

并且在对应的类中，加入如下属性以及方法

（注意，这里给print加上了一个参数默认，这个参数我们会后续说明怎么修改，print下面的方法属于我们的添加）

在filehdr.cc文件中，实现对于这些功能的声明：

在这里直接写出对于对应方法的修改，自行取用

方法新增：

对于构造和解析方法：

FileHeader::FileHeader(){memset(dataSectors, 0, sizeof(dataSectors));bHdrChange=false;lastModTime=0;
}
FileHeader::~FileHeader(){if(bHdrChange){WriteBack(sectorNo);}
}

对于expendSize方法：

//申请新的扇区的方法
bool 
FileHeader::ExtendSpace(int newFileSize){  int i;if(newFileSize<=numBytes)return true;int numSectorsSet=divRoundUp(newFileSize,SectorSize); //计算新的扇区位置if(numSectorsSet==numSectors){numBytes = newFileSize;bHdrChange = true;return true;}BitMap * freeMap= new BitMap(NumSectors);OpenFile * bitMapFile=new OpenFile(0);freeMap->FetchFrom(bitMapFile);if(numSectorsSet>MaxFileSectors||freeMap->NumClear()<numSectorsSet-numSectors){ //超过最大限度或者是不合适//经过答案提示需要删除点东西==========维持系统的稳定性吧=============delete bitMapFile;delete freeMap;return false;}if(numSectorsSet<=NumDirect){                       //不需要二级索引的情况 for(int i=numSectors;i<=numSectorsSet;i++){     dataSectors[i] = freeMap->Find();     }}else{                                       //需要二级索引的情况if(numSectors<NumDirect){for(int i=numSectors;i<=NumDirect;i++){dataSectors[i] = freeMap->Find();    }numSectors=NumDirect;}int dataSectors2[NumDirect2];synchDisk->ReadSector(dataSectors[NumDirect],(char *)dataSectors2);for(i=0;i< numSectorsSet-numSectors;i++){dataSectors2[i+numSectors-NumDirect]=freeMap->Find();}synchDisk->WriteSector(dataSectors[NumDirect],(char *)dataSectors2);}freeMap->WriteBack(bitMapFile);numBytes=newFileSize;numSectors=numSectorsSet;bHdrChange=true;delete bitMapFile;delete freeMap;return true;
}

关于修改时间的参数

//关于时间新增的方法如下
//这两个方法为文件头这个对象加上了些许时间属性。
time_t FileHeader::GetModTime(){return (time_t)lastModTime;
}
void FileHeader::SetModTime(time_t modTime){lastModTime=(unsigned)modTime;
}

关于代码的重写

首先是空间分配的方法

bool  
FileHeader::Allocate(BitMap *freeMap, int fileSize)        //这个方法可能只是用于最开始分配空间而已了。。。。
{ printf("\n=========分配空间================\n");int i;numBytes = fileSize;                                                          //确定文件的大小numSectors  = divRoundUp(fileSize, SectorSize);                              //根据文件大小和每个盘的尺寸确定要分几个盘if (freeMap->NumClear() < numSectors)return FALSE;		    // not enough space  空间不足else if(NumDirect2+NumDirect<numSectors)return FALSE;           // 超过了二级索引所能容纳的最大部//然后接下来分成两种情况，也就是看看是否超过了最后一层的索引,根据这种情况来完成需要的分配        //应该就是这里设置了-1这个东西if(numSectors<=NumDirect){for (int i = 0; i < numSectors; i++)dataSectors[i] = freeMap->Find();//这个时候，按照要求，因为没有用上二级的索引，因此最后一个指向二级索引的块应该为-1dataSectors[NumDirect]=-1;//打印当前信息printf("numSector:%d . numBytes:%d . lastIndex:%d\n",numSectors,numBytes,NumDirect);}else{for (int i = 0; i <=NumDirect; i++)                //更改2,这个位置写错了dataSectors[i] = freeMap->Find();int dataSectors2[NumDirect2];for (int i = 0; i < numSectors - NumDirect; i++)dataSectors2[i] = freeMap->Find();//将结果写回,就算成功了synchDisk->WriteSector(dataSectors[NumDirect],(char *)dataSectors2);}//=================================================================================return true;
}

撤销空间分配的方法

void 
FileHeader::Deallocate(BitMap *freeMap)                     //在释放空间这一步需要回收二级列表
{int lastIndex=NumDirect;if(dataSectors[lastIndex]==-1){                         //for (int i = 0; i < numSectors; i++) {ASSERT(freeMap->Test((int) dataSectors[i]));  // ought to be marked!freeMap->Clear((int) dataSectors[i]);}}else{for (int i = 0; i < lastIndex; i++) {ASSERT(freeMap->Test((int) dataSectors[i]));  // ought to be marked!freeMap->Clear((int) dataSectors[i]);}int dataSectors2[NumDirect2];synchDisk->ReadSector(dataSectors[lastIndex],(char *)dataSectors2);freeMap->Clear(dataSectors[lastIndex]);for (int i = lastIndex; i < numSectors; i++) {ASSERT(freeMap->Test((int) dataSectors2[i-lastIndex]));  // ought to be marked!freeMap->Clear((int) dataSectors2[i-lastIndex]);}}}

根据扇区号码，拉取和写回的方法

void
FileHeader::FetchFrom(int sector)
{synchDisk->ReadSector(sector, (char *)this);numSectors=divRoundUp(numBytes,SectorSize);sectorNo=sector;bHdrChange=false;
}//----------------------------------------------------------------------
// FileHeader::WriteBack
// 	Write the modified contents of the file header back to disk. 
//
//	"sector" is the disk sector to contain the file header
//----------------------------------------------------------------------void
FileHeader::WriteBack(int sector)
{//在这里修改时间即可synchDisk->WriteSector(sector, (char *)this); sectorNo=sector;bHdrChange=false;
}

print方法

void                                            //这个是打印具体文件信息的方法
FileHeader::Print(bool bPrintTime)
{int i, j, k;char *data = new char[SectorSize];//临时测试//lastTime=(unsigned)std::time(nullptr);  //段错误就这段代码引起的if(bPrintTime){printf("FileHeader contents==========\n.  File size: %d. lastModTime: %u .  File blocks:\n",numBytes,lastModTime);}else{printf("FileHeader contents==========\n.  File size: %d.  File blocks:\n", numBytes);}  //这里加上两种情况，来输出所占的块的数目=========================================================int lastIndex=NumDirect;if(dataSectors[lastIndex]==-1){  //仅仅占用了一个索引for (i = 0; i < numSectors; i++)printf("%d ", dataSectors[i]);printf("\n没有使用二级索引\n");}else{                           //占用了所有的索引        printf("一级索引内容\n");for (i = 0; i < lastIndex; i++)printf("%d ", dataSectors[i]);printf("\n二级索引内容\n");int dataSectors2[NumDirect2];synchDisk->ReadSector(dataSectors[lastIndex],(char*)dataSectors2);for (; i < numSectors; i++)printf("%d ", dataSectors2[i-lastIndex]);  //为什么这里会一直认为是-1呢printf("\n确定使用二级索引，索引地址为：%d\n",dataSectors[lastIndex]);}//==========================================================================================printf("\nFile contents:\n");for (i = k = 0; i < numSectors; i++) {synchDisk->ReadSector(dataSectors[i], data);for (j = 0; (j < SectorSize) && (k < numBytes); j++, k++) {if ('\040' <= data[j] && data[j] <= '\176')   // isprint(data[j])printf("%c", data[j]);elseprintf("\\%x", (unsigned char)data[j]);}printf("\n"); }delete [] data;
}

然后是对于openfile类的修改：

openfile：

首先是对于头文件中的声明

新增一个写回方法

属性增加这些：

接下来是对实现的一个修改

首先是对于构造方法的修改，如下

OpenFile::OpenFile(int sector)             //文件读取器的创建
{ hdr = new FileHeader;hdr->FetchFrom(sector);seekPosition = 0;// 修改时间=======================================================================================================hdr->SetModTime((unsigned)std::time(nullptr));hdrSector=sector;
}

读和写的方法，大概是这些，我在这里主要添加了关于时间修改的函数

int
OpenFile::Read(char *into, int numBytes)            //读写文件
{int result = ReadAt(into, numBytes, seekPosition);seekPosition += result;// 修改时间=======================================================================================================hdr->SetModTime((unsigned)std::time(nullptr));return result;
}int
OpenFile::Write(char *into, int numBytes)
{int result = WriteAt(into, numBytes, seekPosition);seekPosition += result;// 修改时间=======================================================================================================hdr->SetModTime((unsigned)std::time(nullptr));return result;}

在writeAt方法上作出改进

int
OpenFile::WriteAt(char *from, int numBytes, int position)   //最后是在这个方法上进行一些小小的改进
{int fileLength = hdr->FileLength();int i, firstSector, lastSector, numSectors;bool firstAligned, lastAligned;char *buf;//if ((numBytes <= 0) || (position >= fileLength))  // For original Nachos file system// For lab4 ...if ((numBytes <= 0)|| position > fileLength)    return 0;	if ((position+numBytes) >= fileLength)if(!(hdr->ExtendSpace(position+numBytes)))numBytes=fileLength-position;if(fileLength==0)       return 0;DEBUG('f', "Writing %d bytes at %d, from file of length %d.\n", 	numBytes, position, fileLength);firstSector = divRoundDown(position, SectorSize);lastSector = divRoundDown(position + numBytes - 1, SectorSize);numSectors = 1 + lastSector - firstSector;buf = new char[numSectors * SectorSize];firstAligned = (bool)(position == (firstSector * SectorSize));lastAligned = (bool)((position + numBytes) == ((lastSector + 1) * SectorSize));// read in first and last sector, if they are to be partially modifiedif (!firstAligned)ReadAt(buf, SectorSize, firstSector * SectorSize);	if (!lastAligned && ((firstSector != lastSector) || firstAligned))ReadAt(&buf[(lastSector - firstSector) * SectorSize], SectorSize, lastSector * SectorSize);	// copy in the bytes we want to change bcopy(from, &buf[position - (firstSector * SectorSize)], numBytes);// write modified sectors backfor (i = firstSector; i <= lastSector; i++)	synchDisk->WriteSector(hdr->ByteToSector(i * SectorSize), &buf[(i - firstSector) * SectorSize]);delete [] buf;hdr->SetModTime((unsigned)std::time(nullptr));   // 修改时间==============return numBytes;
}

最后实现写回方法

void 
OpenFile::WriteBack(void){     //给文件头部设置扇区号hdr->WriteBack(hdrSector);
}

directory:

我好像是直接加入了这个方法

int Directory::GetHdrSecByIndex(int index){if(table[index].inUse){return table[index].sector;}else{return -1;}
}

filesys：

在这个类中，我们只需要实现一个打印的方法，来帮助我们实现需要的-DI指令获取文件信息的操作

首先在头文件的声明中，加入

然后直接实现这个方法即可

void FileSystem::PrintInfo(){BitMap *freeMap=new BitMap(NumSectors);Directory *directory=new Directory(NumDirEntries);FileHeader *fileHdr= new FileHeader();int i, nBytes;int fileHdrSector;int nUsedSector, nFiles =0, nBytesInFiles=0,nSectorsOfFiles=0,nFragSectors=0;printf("\n磁盘尺寸：%d个扇区，字节数目：%d\n",NumSectors,NumSectors*SectorSize);freeMap->FetchFrom(freeMapFile);nUsedSector = NumSectors - freeMap->NumClear();printf("\n(已经使用)：%d个扇区，字节数目：%d\n",nUsedSector,nUsedSector*SectorSize);printf("\n（未使用）：%d个扇区，字节数目：%d\n",freeMap->NumClear(),freeMap->NumClear()*SectorSize);directory->FetchFrom(directoryFile);for(i = 0; i < NumDirEntries; i++) {fileHdrSector = directory->GetHdrSecByIndex(i);if(fileHdrSector != -1) {nFiles++;fileHdr->FetchFrom(fileHdrSector);nBytes = fileHdr->FileLength();nBytesInFiles += nBytes;nSectorsOfFiles += divRoundUp(nBytes, SectorSize);if(nBytes % SectorSize)nFragSectors++;}}printf("%d bytes in %d files, occupy %d bytes(%d sectors).\n", \nBytesInFiles, nFiles, nSectorsOfFiles * SectorSize, nSectorsOfFiles);printf("%d bytes of internal fragmentation in %d sectors.\n", \nSectorsOfFiles * SectorSize - nBytesInFiles, nFragSectors);delete freeMap;delete directory;delete fileHdr;
}

main:

最后在这个入口文件中，新增这样一个分支

到此为止，所有的代码全部修改完毕：

3.实验汇总

关于代码的执行：

首先使用如下指令，初始化并且复制一个big文件

make
rm -f DISK//初始化磁盘
./nachos -f

然后使用cp指令创建big文件

./nachos -cp test/big big

使用./nachos -D查询当前文件的状态

可以看到已经创建了big文件

此时使用指令

./nachos -ap test/big big

执行多次以后，可以检查到最后的修改时间被更新，并且已经实现了二级索引

最后使用指令

./nachos -D

查看占用情况：

最后是关于为nachos添加wxz等权限：

在Nachos的文件系统中，每个文件都有一个相应的文件描述符（File Descriptor），用于标识和操作该文件。
使用文件描述符打开文件，并获取文件的当前权限。在Nachos中，可以使用 OpenFile::Open 函数打开文件，并使用 OpenFile::GetFileHeader 函数获取文件的文件头（File Header）信息。
在文件头中，找到与权限相关的位（比如读、写、执行位），并根据需要修改这些位。可以使用位操作来设置或清除相应的权限位。
将修改后的文件头写回到文件系统中，以保存更改后的权限。可以使用 OpenFile::WriteAt 函数将文件头写回磁盘中的相应位置。
关闭文件并释放相关资源。使用 OpenFile::Close 函数关闭文件