Linux下用C语言写文件操作系统教程 (linux c语言写文件操作系统)
Linux是一种被广泛应用在服务器和嵌入式设备上的操作系统。它以自由和开放源代码的方式被分发，因此其代码是开放的。C语言在Linux操作系统内核和应用程序中扮演了重要的角色。因此，学习如何使用C语言来编写Linux文件操作系统是非常重要的技能。
在本文中，我们将介绍如何使用C编写一个文件操作系统。我们需要实现文件的创建、读取、写入和删除，这些功能是操作系统中非常基础的组成部分。我们还将使用Linux自带的文件系统ext4作为我们操作系统的文件系统格式。
1. 建立文件系统
我们需要先创建文件系统，以便我们能够向其中读写文件。我们使用ext4文件系统格式，并且在系统中挂载这个文件系统。我们需要执行以下命令：
“`sudo mkfs.ext4 myfs.img“`
这个命令将创建一个名为“myfs.img”的文件，该文件是ext4格式的文件系统的镜像。接下来，我们需要挂载它。我们先要创建一个挂载点：
“`sudo mkdir /mnt/myfs“`
现在，在挂载点上，我们可以使用以下命令挂载这个文件系统：
“`sudo mount myfs.img /mnt/myfs“`
现在，我们已经成功地挂载文件系统。我们可以通过进入“`/mnt/myfs“`路径来访问它。
2. 实现文件操作系统
现在我们将开始撰写我们的C代码，从而创建一个简单的文件操作系统。我们需要在C代码中使用Linux文件系统I/O API。这个API包含许多函数，这些函数可以让我们轻松地创建、读取、写入和删除文件。
在开始编写代码之前，我们需要包含两个头文件“`stdio.h“`和“`fcntl.h“`。这样，我们就可以访问到“`open()“`、“`read()“`和“`write()“`等函数。
在我们的系统中，我们将文件看作是一个节点，每个节点都有一个文件名和一个文件指针以及一个磁盘块号。我们还需要一个根节点，这个根节点是整个文件系统的起点。
这是我们的C程序的文件结构：
“`
#include
#include
#define DISK_BLOCK_SIZE 512
struct file_node {
char file_name[100];
int block_number;
FILE* file_pointer;
struct file_node *next;
};
struct file_node *root_node;
void create_file(char* file_name) {
// 已经存在相同文件名的文件
if (find_file(file_name) != NULL) {
printf(“File already exists!”);
return;
}
struct file_node *node = malloc(sizeof(struct file_node));
node->block_number = get_free_disk_block();
strncpy(node->file_name, file_name, strlen(file_name) + 1);
// 打开文件，并将文件指针保存在节点中
char* file_path = get_file_path(node->block_number);
FILE* file_pointer = fopen(file_path, “w”);
node->file_pointer = file_pointer;
// 将节点链接到链表中
node->next = root_node;
root_node = node;
}
struct file_node* find_file(char* file_name) {
struct file_node *current = root_node;
while(current != NULL) {
if(strcmp(current->file_name, file_name) == 0) {
return current;
}
current = current->next;
}
return NULL;
}
void delete_file(char* file_name) {
// 找到节点
struct file_node *current = root_node;
struct file_node *prev = NULL;
while(current != NULL) {
if(strcmp(current->file_name, file_name) == 0) {
break;
}
prev = current;
current = current->next;
}
if(current == NULL) {
printf(“File does not exist!”);
return;
}
// 关闭文件
fclose(current->file_pointer);
// 删除文件
char* file_path = get_file_path(current->block_number);
remove(file_path);
// 更新链表
if(prev == NULL) {
root_node = current->next;
} else {
prev->next = current->next;
}
free(current);
}
void read_file(char* file_name, char* buffer, int length) {
// 找到节点
struct file_node *node = find_file(file_name);
if(node == NULL) {
printf(“File does not exist!”);
return;
}
// 将文件指针移动到文件起始位置
rewind(node->file_pointer);
// 读取内容
fread(buffer, 1, length, node->file_pointer);
}
void write_file(char* file_name, char* buffer, int length) {
// 找到节点
struct file_node *node = find_file(file_name);
if(node == NULL) {
printf(“File does not exist!”);
return;
}
// 将文件指针移动到文件起始位置
rewind(node->file_pointer);
// 写入内容
fwrite(buffer, 1, length, node->file_pointer);
}
int mn() {
// 初始化根节点
root_node = NULL;
// 创建一个名为“test”的文件
create_file(“test”);
// 写入内容到文件“test”
char* buffer = “Hello World!”;
write_file(“test”, buffer, strlen(buffer));
// 读取文件“test”的内容
int length = strlen(buffer);
char* read_buffer = malloc(length);
read_file(“test”, read_buffer, length);
// 输出文件内容
printf(“%s”, read_buffer);
// 删除文件“test”
delete_file(“test”);
return 0;
}
“`
在上面的代码中，我们定义了五个函数来实现文件操作。我们还定义了一个文件节点结构体，这个结构体存储文件的属性信息，如文件名、文件指针和磁盘块编号。我们还定义了一个根节点，这是整个文件系统的起点。
在主函数中，我们调用四个文件操作的函数。我们创建一个名为“test”的文件，然后向其写入“Hello World！”并读取文件内容，最后删除文件。
3. 硬盘空间管理
我们需要保证硬盘空间的有效使用。我们需要在文件系统中实现磁盘块的分配和释放。我们使用一个简单的数据结构来管理空闲磁盘块的列表。我们的数据结构中存储了已使用磁盘块的编号，然后我们使用链表存储空闲磁盘块的编号。
这是我们实现磁盘空间管理的代码：
“`
#define MAX_DISK_BLOCKS 1024
int free_blocks[MAX_DISK_BLOCKS];
int next_free_block_index = 0;
int get_free_disk_block() {
int block_number = free_blocks[next_free_block_index];
next_free_block_index++;
return block_number;
}
void free_disk_block(int block_number) {
free_blocks[next_free_block_index] = block_number;
next_free_block_index–;
}
void initialize_free_blocks() {
int i;
for(i = 0; i
free_blocks[i] = i;
}
next_free_block_index = MAX_DISK_BLOCKS – 1;
}
char* get_file_path(int block_number) {
char* path = malloc(50);
sprintf(path, “/mnt/myfs/%d”, block_number);
return path;
}
int mn() {
// 初始化根节点
root_node = NULL;
// 初始化空闲块列表
initialize_free_blocks();
// 创建一个名为“test”的文件
create_file(“test”);
// 写入内容到文件“test”
char* buffer = “Hello World!”;
write_file(“test”, buffer, strlen(buffer));
// 读取文件“test”的内容
int length = strlen(buffer);
char* read_buffer = malloc(length);
read_file(“test”, read_buffer, length);
// 输出文件内容
printf(“%s”, read_buffer);
// 删除文件“test”
delete_file(“test”);
return 0;
}
“`
在这个代码中，我们定义了三个函数来实现磁盘空间管理。我们使用“`free_blocks“`数组来存储空闲磁盘块的编号，“`next_free_block_index“`变量存储下一个空闲块的编号。通过这个数组和变量，我们可以很容易地从空闲块列表中获取空闲块或者将块释放到列表中。
4.
在本文中，我们介绍了如何使用C语言在Linux操作系统中编写一个简单的文件操作系统。我们定义了文件节点结构体，使用该结构体来存储文件属性信息。我们使用了Linux文件I/O API中的函数来实现文件的创建、读取、写入和删除。我们还实现了一个简单的硬盘空间管理机制，以确保文件系统中的磁盘空间可以得到有效的利用。
