山东大学软件学院操作系统课程设计Nachos-实验五-具有二级索引的文件系统

说明：blog 中写到的这几个实验，不全面而且也不是上交实验报告的最终版本（是自己实验过程中用typora简单记录的笔记），完整内容（含代码+实验报告）可以通过（山东大学软件学院操作系统课设）下载，或者微信公众号关注“陌兮blog”免费获取

一、二级索引

1、问题分析

在 …/lab4 中，改进了 Nachos 文件系统的功能使它具有了扩展文件长度的功能，但文件扩展后文件的最大长度不能超出 3840 这个最大容量，也就是只能使用一级索引，所以本实验要实现的功能为nachos的二级索引。

在实验指导书中有关于nachos二级索引的相关讲解。在 Nachos 当前的设计中，文件数据空间的分配采用了一级索引方式。文件头(inode)仅能记录 NumDirect（这个值等于 30）个扇号。因此一个 Nachos 文件的最大容量仅有 NumDirect*SectorSize=3840 字节。现在我们的任务就是要在 Nachos 文件系统中增加类似 Unix 文件系统的多级索引方式，扩充 Nachos 能够记录的扇号，从而增大 Nachos 文件的最大容量。

查看源码文件 filehdr.h，可以看到定义了两个变量 NumDirect 和 MaxFileSize，分别表示nachos中，原有的一级索引能记录的扇区号数量与文件大小的最大值。

大概的思路是，首先定义dataSector2数组存储二级索引的扇区地址，一级索引数组的最后一项标记是否使用二级索引，以及存储二级索引数组的地址。如果未使用二级索引，则将一级索引数组中dataSector[numDirect]赋值为-1，如果使用二级索引，dataSector[numDirect]存储二级索引dataSector2所在的块号。当判断出文件大小超过一级索引的容量时，通过bitmap为文件头的dataSectors2分配空间，返回的Sector号存在一级索引数组的最后一项中。在读取文件数据时，同样先通过一级索引读取数据，然后通过一级索引最后一项获取二级索引的地址，然后访问二级索引读取文件数据。

需要修改 lab4 实现的ExtendSpace方法，使其可以扩展的空间更大，可处理二级索引；修改Allocate方法，使其在创建文件时可分配二级索引；修改Deallocate方法，使其在释放空间时，可对二级索引进行处理；修改ByteToSector方法，使其可以查询二级索引下的数据；最后再修改Print方法，增加二级索引相关内容的打印，便于调试输出，验证结果正确性。

2、实现二级索引

首先在filehdr.h文件中定义二级索引机制下，文件的最大扇区数和二级索引能够记录的扇号数量

#define MaxNumSector   ((SectorSize*2 - 3 * sizeof(int)) / sizeof(int))
#define NumDirect2  (SectorSize / sizeof(int)) //二级索引

修改filehdr.cc文件中ExtendSpace方法，增加二级索引的创建

//lab5 changed+++++++++++++++++++++++++++++++
bool
FileHeader::ExtendSpace(OpenFile *bitmapfile,int newSize)
{
    
    
    int newNumSectors  = divRoundUp(newSize, SectorSize);
    if(newNumSectors == numSectors){
    
    
        numBytes = newSize; 
        return true;
    }
	//需要扩展的扇区
    int diffSector = newNumSectors - numSectors;    
    BitMap *freeMap = new BitMap(NumSectors);
    freeMap->FetchFrom(bitmapfile);	
   //文件过大（超过二级索引）|| 磁盘空间不足
    if(newNumSectors>MaxNumSector||freeMap->NumClear()< diffSector){
    
    
		return false;
    }	
    //分配扇区，修改文件头信息
	int i;
	//不需要二级索引
	if (newNumSectors<NumDirect){
    
     
		for(i = numSectors; i<newNumSectors; i++)
		{
    
    
			dataSectors[i] = freeMap->Find();
		}
	//需要二级索引
	}else{
    
    	
		//二级索引
		int dataSectors2 [NumDirect2];
		//扩展前未使用二级索引
		if(numSectors<NumDirect){
    
    	
			for(i = numSectors; i<NumDirect; i++)
			{
    
    
				dataSectors[i] = freeMap->Find();
			}
			//二级索引部分
			for (i=0; i < newNumSectors-NumDirect+1; i++)
				dataSectors2[i] = freeMap->Find();
		}else{
    
    //扩展前已经使用二级索引
			//读取二级索引
			synchDisk->ReadSector(dataSectors[NumDirect-1], (char *)dataSectors2);
			for (i=numSectors-NumDirect+1; i < newNumSectors-NumDirect+1; i++)
				dataSectors2[i] = freeMap->Find();		
		}
		//二级索引地址保存在一级索引的最后一项dataSectors[NumDirect-1]
		synchDisk->WriteSector(dataSectors[NumDirect-1], (char *)dataSectors2);
	}
	//更新文件头信息
    numBytes = newSize;
    numSectors = newNumSectors;
    
    freeMap->WriteBack(bitmapfile);
    return true;
}
//lab5 changed+++++++++++++++++++++++++++++++

修改filehdr.cc文件中Allocate方法，增加可分配文件的大小，可创建二级索引

修改filehdr.cc文件中Deallocate方法，增加对二级索引空间的释放

修改filehdr.cc文件中ByteToSector方法，增加二级索引下扇区号的返回

修改filehdr.cc文件中Print方法，打印输出二级索引相关数据

3、测试

（更详细的内容以及代码部分见分享的资料吧，文章开头部分说明了获取方式）