nachos 实验5 - 图文

Lab5 - Extendable Files Lab5 Extendable Files

实验目标

Nachos的文件系统是一个简单并且能力有限的系统，限制之一就是文件的大小是不可扩展的：一旦我们在创建一个文件时规定了它的大小，文件的大小就不能再改变。本次实验的目的即是设计扩展Nachos的文件系统，使得文件的大小是可以被扩展的。完成以下要求：

当一个文件被创建的时候，它的初始大小可以为0。

如果更多的数据被写入到一个文件中，它的大小可以随之增加。 实验环境 ubuntu操作系统 关键源代码及注释

Nachos的文件系统主要包含Disk, SynchDisk, BitMap, FileHeader, OpenFile, Directory, FileSystem这几个类。其中，Disk, SynchDisk, BitMap, Directory, FileSystem是文件系统的底层类，里面描述了Nachos的文件系统的基本文件信息以及和磁盘操作的结合。FileSystem中描述的是文件的创建、打开、删除等操作。FileHeader定义操作是文件头的初始化、为数据在磁盘上分配空间、磁盘上文件的读取和写回。OpenFile 中主要涉及文件的读、写、读写指针的重定位等操作。

根据filesys.cc中的create函数，可以看到，在创建文件时，需要给定该文件初始大小。再看openfile里的ReadAt和WriteAt函数，如果要读出或者要写入的字节数太多，文件系统就会自动将多出来的部分舍弃掉。

if ((position + numBytes) > fileLength)

numBytes = fileLength - position;

如果文件的大小（fileLength）一直不变，那么必然无法实现文件的扩展。

Directory为文件的索引，存放DirectoryEntry，DirectoryEntry给出了文件的名字，以及在磁盘上的位置，Fig.1为未进行任何操作时Directory中各个DirectoryEntry存放的内容。

Bitmap 头 directory头 Bitmap内容 文件头指针信息 文件头指针信息 nachos-3.4 gcc-2.8.1-mips编译器

Fig. 1 Directory 的各个entry内容示意图

再看FileSystem的各个函数。 create：

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Lab5 - Extendable Files 当一个文件被创建时，Directory会根据1号DirectoryEntry里的内容（0号为BitMap的索引），找到空闲的扇区，然后为文件头分配扇区，接下来，在磁盘上为分配空间，最后将索引，BitMap，以及磁盘更新。 Open：

当打开一个文件时，Directory会根据文件名找到该文件的文件头所在的扇区，然后返回一个openfile。

所以，如果要扩展文件系统，可以先改变文件的大小（原文件大小+追加文件的大小），算出需要多分配的磁盘，然后找到该文件的文件头所在的扇区，为该文件重新分配空间，将追加的内容写入磁盘，最后更新文件头和索引块中的信息。

在fileheader里增加AppendSector方法： //根据要追加的文件的大小来分配要追加的sector bool

FileHeader::AppendSector(BitMap *bitMap, int fileSize) {

int totalLength=numSectors*SectorSize; int restLength=totalLength-numBytes; if(restLength

int appendLength=fileSize-restLength;

int appendSectors = divRoundUp(appendLength, SectorSize); if (bitMap->NumClear() < appendSectors)

return FALSE;

// not enough space

numBytes=numBytes+fileSize;

numSectors=numSectors+appendSectors;

for(int i=numSectors-appendSectors;i Find(); return true; }

else{//最后一个扇区未写满且要追加的大小小于余下的扇区 numBytes=numBytes+fileSize; return true; } }

在openfile里增加AppendSize和WriteBack方法 //给追加的文件分配扇区

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Lab5 - Extendable Files bool

OpenFile:: AppendSize(int numBytes) {

//计算需要多少扇区

/*int firstSector, lastSector, numSectors;

firstSector = divRoundDown(seekPosition, SectorSize);

lastSector = divRoundDown(seekPosition + numBytes - 1, SectorSize); numSectors = 1 + lastSector - firstSector;*/

OpenFile *newFile= new OpenFile(0);//第0块指向存放bitmap的sector BitMap *freeMap = new BitMap(NumSectors); freeMap->FetchFrom(newFile);

if(!(hdr->AppendSector(freeMap, numBytes))) return false;

freeMap->WriteBack(newFile); delete newFile; delete freeMap; return true; }

WriteBack方法： void

OpenFile::WriteBack(char *name) {

OpenFile *file = new OpenFile(1);//第一块指向存放filehdr索引的sector Directory *directory = new Directory(10);//directory里共有10块sector directory->FetchFrom(file);

//把文件的内容重新写入sector

int sector = directory ->Find(name); hdr->WriteBack(sector); delete file; delete directory; }

修改fstest里的Append方法： 修改部分：

ASSERT(openFile != NULL);

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Lab5 - Extendable Files // append from position \ start = openFile->Length(); if (half) start = start / 2; openFile->Seek(start);

if(!(openFile->AppendSize(fileLength))) {

printf(\ return; }

// Append the data in TransferSize chunks buffer = new char[TransferSize];

while ((amountRead = fread(buffer, sizeof(char), TransferSize, fp)) > 0) {

int result;

printf(\ amountRead %d, \result = openFile->WriteAt(buffer, amountRead, start); result = openFile->Write(buffer, amountRead); printf(\//ASSERT(result == amountRead); start += amountRead; // }

// Write the inode back to the disk, because we have changed it openFile->WriteBack(to);

ASSERT(start == openFile->Length());

调试记录

本次实验需要改动的地方较多，采用分步调试的方法，一部分一部分的进行修改和

调试，最终实现文件拓展功能。 运行分析

进入lab5目录，在终端输入make 编译后./nachos –f 生成磁盘 输入./nachos –D 查看磁盘内容

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Fig. 2 生成的磁盘内容示意图

由Fig.2 可知Directory的前五个已经被占用，与Fig.1 相对应，从bitmap和dirctory的content中可以看出，0号为bitmap头、1号为directory头，bitmap占用2号存储单元存储具体内容，dirctory占用3、4号存储文件头指针信息，这与程序中的定义是一样的，从5号开始放追加的内容。。

输入 ./nachos –cp test/small small 将linux中的文件small拷贝到nachos 系统中。./nachos –D 查看磁盘内容，如图Fig.3所示。

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Fig. 3 文件拷贝结果示意图

输入 ./nachos –ap test/big small 将linux文件big拷贝到small 文件中，为了检验文件的长度是否扩展，需要查看磁盘内容。

输入./nachos –D 结果如图Fig.4所示。

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Fig. 4 文件长度扩展示意图

输入 ./nachos –l 查看文件列表，如图Fig.5 所示，文件系统中只有一个文件small，从Fig.4中可以看出small 文件中的内容得到了扩展，从而实现了文件内容扩展的功能。

Fig. 5 查看文件列表

结论与体会

本次实验的要求是对nachos的文件系统进行升级，以完成文件长度的扩展功能。在

实际做实验的过程中遇到了诸多问题，包括对文件系统的理解、对源代码的查看以及修

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Lab5 - Extendable Files 改过程等等。通过本次实验，对nachos文件系统的实现有了大致的了解。理解了位矢图、目录和文件头的作用，以及他们之间的联系。对如何实现一个文件系统有了肤浅的认识。

本次实验虽然实现了文件的长度扩展，但还是有限的扩展。因为当前的nachos只支持一级索引，要想真正实现拓展还需对文件的Fileheader进行修改，以拓展文件允许的长度。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0hq2.html