C++中的虚拟(平面）文件系统

Virtual (flat) file system in C++

本文关键字：平面 文件系统 虚拟 C++      更新时间：2023-10-16

本质上，我需要实现一个程序，作为一个用户空间文件系统，它可以实现非常简单的操作，例如查看磁盘上的内容，将文件从本机文件系统复制到我的文件系统(包含在一个名为"disk01"的文件中)，以及从文件系统中删除文件。

我基本上是在寻找一个跳板或一些关于我可以从哪里开始的提示，因为我不确定如何创建自己的"磁盘"并将其他文件放入其中，这是一项家庭作业。

只是一个正在寻找方向的C++学生。

编辑：

我知道这个概念已经在几个不同的地方被用作"VFS"或虚拟文件系统，有点像zip文件(你只能通过一个可以处理zip文件的程序来查看内容)。我基本上是在尝试写我自己的程序，类似于zip或winrar或其他什么，但不是那么复杂和功能丰富。

感谢您迄今为止的建议！你们都是一个巨大的帮助

创建类似FAT的磁盘结构非常简单。

在文件中的一个固定位置，很可能首先是一个包含磁盘信息的结构。然后是"FAT"，这是一个简单结构的表，详细说明了磁盘上的文件。这基本上是一个固定大小的结构表，类似于：

struct FATEntry
{
char      name[20];  /* Name of file */
uint32_t  pos;       /* Position of file on disk (sector, block, something else) */
uint32_t  size;      /* Size in bytes of file */
uint32_t  mtime;     /* Time of last modification */
};

在这个表之后，您有一个固定大小的区域，用于磁盘上可用块的位图。如果文件系统可以动态增长或收缩，则可能不需要位图。然后是实际的文件数据。

对于这样的系统，所有文件都必须连续地排列在磁盘上。这将导致在添加、删除和调整文件大小时出现碎片。

另一种方法是使用链表方法，例如在旧的Amiga文件系统上使用。使用此方案，所有块都是简单的链表。

就像以前一样，您需要一个实际磁盘数据的结构，可能还需要一个显示空闲/分配的磁盘块的位图。磁盘数据结构中唯一需要的字段是指向第一个文件的"指针"。

我所说的指针是指一个整数，指出一个块在磁盘上的位置。

文件本身可以类似于上述类似FAT的系统：

struct FileNode
{
char     name[12];  /* Name of file */
uint32_t next;      /* Next file, zero for last file */
uint32_t prev;      /* Previous file, zero for first file */
uint32_t data;      /* Link to first data block */
uint32_t mtime;     /* Last modification time */
uint32_t size;      /* Size in bytes of the file */
};

数据块本身就是链表：

struct DataNode
{
uint32_t next;  /* Next data block for file, zero for last block */
char data[BLOCK_SIZE - 4];  /* Actual data, -4 for the block link */
};

链表文件系统的好处是它永远不会被分割。缺点是，您可能必须跳遍整个磁盘才能获取数据块，而且数据块不能完全使用，因为它们至少需要一个到下一个数据块的链接。

在类Unix系统中常见的第三种方法是让文件数据包含一组到数据块的链接。这样数据块就不必连续存储在磁盘上。它将包括一些与链表方法相同的缺点，因为块可能存储在整个磁盘上，并且文件的最大大小是有限的。一个优点是可以充分利用数据块。

这样的结构可能看起来像

struct FileNode
{
char name[16];      /* Name of file */
uint32_t size;      /* Size in bytes of file */
uint32_t mtime;     /* Last modification time of file */
uint32_t data[26];  /* Array of data-blocks */
};

上述结构将最大文件大小限制为26个数据块。

打开一个文件进行非破坏性读/写。对于fstream，这可能是fstream stream(filename)。

然后使用seek函数在它周围移动。如果你使用的是C++流，这就是stream.seekg(position)。

然后你会想要二进制读写函数，所以你会使用stream.read(buffer, len)和stream.write(buffer, len)。

启动文件系统的一个简单方法是决定块大小。在过去，大多数人使用512字节。你可以这样做，也可以使用4K或使其完全可调。然后在靠近开始的地方留出一个块作为自由空间贴图。这可以是每个块一位，也可以是如果你是懒惰的，每个块一个字节。然后你就有了一个根目录。FAT的方法很简单：它只是一个名称列表，一些元数据，如时间戳、文件大小和块偏移量。我认为FAT块有一个指向文件中下一个块的指针，这样它就可以对文件进行分段，而无需在写入时运行碎片整理。

然后搜索目录，找到文件，转到偏移量并读取块。

真正的文件系统变得复杂的地方是艰巨的任务，比如为文件分配块，这样它们就有了在不浪费空间的情况下在最后增长的空间。处理碎片。在多个线程或程序同时写入时具有良好的性能。在出现意外磁盘错误或电源丢失时进行稳健的恢复。

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