這次的實驗讓我想起了上學(xué)期被操作系統(tǒng)的九個實驗支配的恐懼，因為這次可能也是前五次試驗中最難的一次了，讀源碼加實現(xiàn)花了可能一兩天的時間，所以也有必要記錄一下，有些地方做的不是很好，比如Makefile自己寫的話可能不需要把所有文件都從filesys復(fù)制到lab5，可是我太菜做不到，所以先這樣湊合著吧emmm，畢竟還有一堆其他實驗。

一、實驗要求重述

目標(biāo)

在lab5目錄下，通過對nachos源代碼的修改，實現(xiàn)可擴展的文件系統(tǒng)，即滿足以下需求

• 當(dāng)一個文件創(chuàng)建的時候，它的初始大小為0
• 文件的大小可以在文件內(nèi)容增加時改變

如：100 bytes大小的文件在50 bytes的位置往后再寫100個byte，文件大小變?yōu)?50 bytes.

設(shè)計與實現(xiàn)的提示

在lab5目錄下進行工作，其下的test文件夾中存放著測試文件。

需要創(chuàng)建arch子目錄以及自己的Makefile文件到lab5。

考慮filesys中的哪些文件需要拷貝到lab5下并進行修改。

不需要修改lab5目錄下的main. cc，但是需要將fstest.cc中的Append與NAppend函數(shù)中幾行注釋取消掉：

// Write the inode back to the disk, because we have changed it // openFile->WriteBack(); // printf("inodes have been written back\n");

取消最后兩行的注釋即可。此外，在取消注釋之后還需要在OpenFile的類中實現(xiàn)Writeback方法。

二、分析

首先我們需要分析nachos文件部分的源代碼，一方面是要了解那七個文件的用法，另一方面要閱讀測試使用的main. cc和fstest. cc，通過閱讀源碼，我們才能達(dá)到盡可能少的修改源碼來實現(xiàn)功能的目的。

通過對這些源碼的閱讀以及實驗指導(dǎo)書的提示，首先我們需要修改OpenFile這個類，要實現(xiàn)它的WriteBack方法，這個方法的作用是將大小改變的文件頭信息寫回磁盤。其次在寫的方法上我們也要進行修改，那就是該類的WriteAt方法，而因為這里的邏輯是假設(shè)文件大小固定，因此我們需要為它添加一個申請新的磁盤空間的方法，這里我在OpenFile類新建了一個AllocateSpace方法。但在實際申請磁盤空間的時候，應(yīng)該需要在FileHeader類中進行，因此我們?yōu)槠湓黾右粋€ExtendSpace方法。最后，在文件大小變化的時候，應(yīng)該修改FileHeader類中的numBytes的值，因此我們需要添加一個set方法SetLength。這一切就緒之后，就可以依次實現(xiàn)這些方法了。

ps:原來我在AllocateSpace方法中是直接先釋放所有磁盤空間再申請新空間來實現(xiàn)擴容的，經(jīng)過小伙伴指正我也發(fā)現(xiàn)這樣確實不行，如果內(nèi)容存儲扇區(qū)之前的扇區(qū)空間都被別的內(nèi)容占用的話的沒有問題，可是如果有空扇區(qū)的話，申請之后文件頭信息中指向的內(nèi)容扇區(qū)就會和實際存儲的扇區(qū)有偏差。
至少之前的設(shè)計是有問題的，可以用以下命令實驗下試試

rm DISK ./nachos -f ./nachos -cp test/big big ./nachos -cp test/small small ./nachos -r big ./nachos -ap test/small small ./nachos -D

之前的結(jié)果：

現(xiàn)在的結(jié)果

三、實現(xiàn)

首先來說FileHeader類中的SetLength方法，我們只需要簡單的設(shè)置即可，因此它的代碼也非常簡單，如下：

void FileHeader::SetLength(int length) {this->numBytes=length; }

下一步來實現(xiàn)相對簡單一點的OpenFile類中的WriteBack方法，這里我們要把其內(nèi)部的FileHeader類型的成員hdr寫回到磁盤中，FileHeader內(nèi)部實現(xiàn)了寫回磁盤的方法，但是它需要扇區(qū)參數(shù)，而在這個OpenFile類中這個值并不好取得，因此我們再給OpenFile類增加一個私有成員sector，并在其構(gòu)造函數(shù)中利用傳入的頭信息扇區(qū)號來初始化。如下：

OpenFile::OpenFile(int sector) { hdr = new FileHeader;hdr->FetchFrom(sector);seekPosition = 0;this->sector=sector; }

這樣，我們就能在WriteBack方法中拿到扇區(qū)號了。如下：

void OpenFile::WriteBack() {hdr->WriteBack(sector); }

然后，我們就只剩下OpenFile類中的AllocateSpace與WriteAt函數(shù)和FileHeader類中的ExtendSpace函數(shù)需要完成了。

由于OpenFile類里面的兩個函數(shù)的實現(xiàn)都需要使用到ExtendSpace函數(shù)的功能，因此這里首先來實現(xiàn)這個函數(shù)，這個函數(shù)模仿Allocate函數(shù)實現(xiàn)，需要做的就是根據(jù)要申請的空間大小和比特圖來申請新的磁盤扇區(qū)空間。如下：

bool FileHeader::ExtendSpace(BitMap *freeMap,int appendSize) {int oriSectors=numSectors; //記錄原空間大小numSectors = divRoundUp(appendSize, SectorSize)+oriSectors; //計算新扇區(qū)大小 // printf("newSectorsNum is %d\n", numSectors);if (freeMap->NumClear() < numSectors-oriSectors){numSectors=oriSectors;//將空間大小復(fù)原return FALSE; // not enough space}for (int i = oriSectors; i < numSectors; i++) //申請新的扇區(qū)dataSectors[i] = freeMap->Find();return TRUE; }

在WriteAt函數(shù)中需要調(diào)用AllocateSpace函數(shù)，所以首先應(yīng)該來實現(xiàn)AllocateSpace函數(shù)：
這個函數(shù)的功能應(yīng)該是給它一個需要擴展的文件長度，它就能申請到這個長度對應(yīng)的扇區(qū)來進行以后的存儲，而具體的申請操作在OpenFile類的FileHeader類型的hdr成員已經(jīng)實現(xiàn)了，這里可以直接調(diào)用它來做：

void OpenFile::AllocateSpace(int size) {BitMap *freeMap;freeMap=new BitMap(NumSectors); //新建一個BitMap對象OpenFile *freeMapFile;freeMapFile=new OpenFile(0); //新建一個比特圖對應(yīng)的OpenFile對象freeMap->FetchFrom(freeMapFile); //從磁盤中取出比特圖的信息hdr->ExtendSpace(freeMap,size); //實際的擴展操作freeMap->WriteBack(freeMapFile); //寫回比特圖的信息delete freeMap; }

完成這些之后，可以來實現(xiàn)WriteAt方法了，這個方法在實現(xiàn)的時候已經(jīng)考慮到了不從頭開始寫的情況，因此我們也不需要太擔(dān)心ap和hap命令的實現(xiàn)，在實現(xiàn)這個函數(shù)之前，我們應(yīng)該先進行一些思考：

如果是cp模式，即直接復(fù)制UNIX文件的內(nèi)容到nachos文件系統(tǒng)中去，則當(dāng)前的代碼已經(jīng)不需要修改了。如果我們要實現(xiàn)ap或者h(yuǎn)ap模式，則需要申請新的空間，而剩余的部分也不需要進行修改，因此，我們首先需要判斷一下是不是追加模式，如果是，則去申請新的空間。而判斷是否為追加模式，我們可以用當(dāng)前文件指針的位置是否大于文件大小來確定。如果是追加模式，我們則分兩種情況討論：

1.加上新的字符后的文件大小還沒有占滿整個扇區(qū)，這時只需要設(shè)置文件大小即可。

2.加上新的字符后文件大小已經(jīng)超過了整個扇區(qū)，這時候就需要申請新的磁盤空間來對文件進行存儲了。

此外再排除一些WriteAt本來的關(guān)于文件長度的一些限制之后，修改的WriteAt方法如下：

int OpenFile::WriteAt(char *from, int numBytes, int position) {int fileLength = hdr->FileLength();int i, firstSector, lastSector, numSectors;bool firstAligned, lastAligned;char *buf; // printf("seekPosition is %d,fileLength is %d\n",seekPosition,fileLength);if (numBytes < 0) return 0; // check requestif(seekPosition>=fileLength) //如果文件指針已經(jīng)超過了文件大小{numSectors=divRoundUp(fileLength,SectorSize); //計算當(dāng)前需要的扇區(qū)int numPos=seekPosition+numBytes; //計算添加新字節(jié)之后的指針位置if(numPos>numSectors*SectorSize) //如果文件為空或者超過了已有扇區(qū)空間{AllocateSpace(numPos-numSectors*SectorSize);//申請新空間fileLength+=numBytes; //增大文件空間}hdr->SetLength(numPos); //根據(jù)新指針位置設(shè)置新的文件大小}//寫入的部分已經(jīng)考慮了從中間寫入的情況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; // printf("firstSector is %d,lastSector is %d\n",firstSector,lastSector);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;return numBytes; }

最后，我們則是按照實驗指導(dǎo)書上的提示，在fstest.cc文件中取消掉調(diào)用WriteBack的部分的注釋。

// Write the inode back to the disk, because we have changed itopenFile->WriteBack();printf("inodes have been written back\n");

源碼部分處理完成以后就要進行編譯與測試了，這里實驗要求自己編寫Makefile文件，由于nachos的編譯模塊過于復(fù)雜，這里我先把filesys中的所有除fstest.cc之外的文件復(fù)制到lab5目錄下，然后修改Makefile文件來實現(xiàn)的編譯，兩個相關(guān)的Makefile代碼如下：

Makefile.local:

ifndef MAKEFILE_LAB5_LOCAL define MAKEFILE_LAB5_LOCAL yes endef# Add new sourcefiles here.CCFILES +=bitmap.cc\directory.cc\filehdr.cc\filesys.cc\fstest.cc\openfile.cc\synchdisk.cc\disk.cc\main.ccifdef MAKEFILE_USERPROG_LOCAL DEFINES := $(DEFINES:FILESYS_STUB=FILESYS) else INCPATH += -I../userprog -I../lab5 DEFINES += -DFILESYS_NEEDED -DFILESYS endifendif # MAKEFILE_FILESYS_LOCAL

Makefile:

ifndef MAKEFILE_LAB5 define MAKEFILE_LAB5 yes endef# You can re-order the assignments. If filesys comes before userprog, # just re-order and comment the includes below as appropriate.include ../threads/Makefile.local include ../lab5/Makefile.local #include ../userprog/Makefile.local #include ../vm/Makefile.local #include ../filesys/Makefile.localinclude ../Makefile.dep include ../Makefile.commonendif # MAKEFILE_FILESYS

這里有一個源碼中的坑，就是在測試要用的main.cc中，如果不改的話編譯會報如下錯誤：

只需要進入lab5下的main. cc，把NAppend函數(shù)的聲明修改一下即可：

extern void NAppend(char *from, char *to);

四、測試

測試可能需要若干命令，這里我們可以寫一個Shell腳本來保存連續(xù)的命令，需要的時候調(diào)用然后觀察最后結(jié)果即可，這里我準(zhǔn)備了兩個測試腳本，修改完源碼并且編譯之后執(zhí)行即可：

測試ap參數(shù)：

rm DISK ./nachos -f ./nachos -cp test/small small ./nachos -ap test/small small ./nachos -cp test/empty empty ./nachos -ap test/medium empty ./nachos -D

測試hap參數(shù)：

rm DISK ./nachos -f ./nachos -cp test/small small ./nachos -cp test/big big ./nachos -hap test/big small ./nachos -hap test/small big ./nachos -D

將上述兩個腳本分別另存為ap. sh和hap. sh，然后在命令行中執(zhí)行如下命令給予其執(zhí)行權(quán)限：

$chmod a+x ap.sh $chmod a+x hap.sh

然后首先我們測試ap參數(shù)的運行情況，運行結(jié)果如下：

可見，與實驗指導(dǎo)書預(yù)計的結(jié)果一致，即ap功能得以實現(xiàn)。

接下來再來測試一下hap命令。

這里測試了兩種情況，即從大文件的中間寫小文件和從小文件的中間寫大文件。結(jié)果如下：運行結(jié)果如下：

從結(jié)果來看，hap的功能也得到了實現(xiàn)。

五、結(jié)論分析與體會

從輸出結(jié)果來看，拓展之后的文件系統(tǒng)在保證了基本的cp命令執(zhí)行不出錯的情況下，增加了ap和hap兩個命令，讓原來固定大小的文件系統(tǒng)變成了大小可變的文件系統(tǒng)。

本次實驗在掌握了nachos基本文件命令用法的情況下，對其功能進行了拓展，增加了文件可變的功能，而實現(xiàn)這個功能的前提也是足夠了解nachos磁盤系統(tǒng)相關(guān)的源代碼，因此通過擴展這個功能，我對nachos文件系統(tǒng)相關(guān)的部分有了更深的認(rèn)識，也對操作系統(tǒng)中所講的文件系統(tǒng)相關(guān)的內(nèi)容進行了很好的回顧。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统课设实验五---Nachos文件系统扩展的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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