C语言模拟UNIX文件系统：详细代码注释与实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#include <string.h>

// 文件地址缓冲区
int physic[300];

// 文件类型 (1:普通文件, 0:目录)
int style = 1;

// 当前目录
char cur_dir[10] = "c";

// 命令结构体
struct command
{
    char com[10];
} cmd[12];

// 磁盘块结构体
struct block
{
    int n;      // 空闲的盘快的个数
    int free[50];    // 存放空闲盘快的地址
    int a;      // 模拟盘快是否被占用 (0:空闲, 1:占用)
} memory[200];

// 超级块结构体
struct block_super
{
    int n;      // 空闲的盘快的个数
    int free[50];    // 存放进入栈中的空闲块
    int stack[50];    // 存放下一组空闲盘快的地址
} super_block;

// i节点结构体
struct node
{
    int file_style;    // i节点文件类型
    int file_length;   // i节点文件长度
    int file_address[100];  // i节点文件物理地址
} i_node[64];

// 目录项结构体
struct dir
{
    char file_name[10];   // 文件名
    int  i_num;     // 文件的结点号
    char dir_name[10];   // 文件所在的目录
} c[64];

// 格式化函数，初始化系统数据
void format()
{
    int i, j, k;

    // 初始化超级块
    super_block.n = 50;
    for (i = 0; i < 50; i++)
    {
        super_block.free[i] = i; // 存放进入栈中的空闲块
        super_block.stack[i] = 50 + i; // 存放下一组的盘块
    }

    // 初始化i节点信息
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        for (j = 0; j < 100; j++)
        {
            i_node[i].file_address[j] = -1; // 初始化文件地址为-1
        }
        i_node[i].file_length = -1; // 初始化文件长度为-1
        i_node[i].file_style = -1; // 初始化文件类型为-1
    }

    // 初始化根目录区信息
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        strcpy(c[i].file_name, ""); // 初始化文件名为空字符串
        c[i].i_num = -1; // 初始化i结点号为-1
        strcpy(c[i].dir_name, ""); // 初始化目录名为为空字符串
    }

    // 初始化存储空间
    for (i = 0; i < 200; i++)
    {
        memory[i].n = 0; // 初始化空闲块数量为0
        memory[i].a = 0; // 初始化盘快状态为未占用
        for (j = 0; j < 50; j++)
        {
            memory[i].free[j] = -1; // 初始化空闲块地址为-1
        }
    }

    // 将空闲块的信息用成组链接的方法写进每组的最后一个块中
    for (i = 0; i < 200; i++)
    {
        if ((i + 1) % 50 == 0)
        {
            k = i + 1;
            for (j = 0; j < 50; j++)
            {
                if (k < 200)
                {
                    memory[i].free[j] = k; // 下一组空闲地址
                    memory[i].n++; // 下一组空闲个数
                    k++;
                }
                else
                {
                    memory[i].free[j] = -1;
                }
            }
            memory[i].a = 0; // 标记为没有使用
            continue; // 处理完用于存储下一组盘块信息的特殊盘块后，跳过本次循环
        }
        for (j = 0; j < 50; j++)
        {
            memory[i].free[j] = -1;
        }
        memory[i].n = 0;
    }

    printf("已经初始化完毕\n");
    printf("欢迎进入UNIX文件模拟系统！！！\n\n");
}

// 将信息读入系统文件
void write_file(FILE *fp)
{
    int i;
    fp = fopen("system", "wb");
    if (fp == NULL)
    {
        printf("打开文件system失败\n");
        return;
    }
    for (i = 0; i < 200; i++)
    {
        fwrite(&memory[i], sizeof(struct block), 1, fp);
    }
    fwrite(&super_block, sizeof(struct block_super), 1, fp);
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        fwrite(&i_node[i], sizeof(struct node), 1, fp);
    }
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        fwrite(&c[i], sizeof(struct dir), 1, fp);
    }
    fclose(fp);
}

// 读出系统文件的信息
void read_file(FILE *fp)
{
    int i;
    fp = fopen("system", "rb");
    if (fp == NULL)
    {
        printf("打开文件system失败\n");
        return;
    }
    for (i = 0; i < 200; i++)
    {
        fread(&memory[i], sizeof(struct block), 1, fp);
    }
    fread(&super_block, sizeof(struct block_super), 1, fp);
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        fread(&i_node[i], sizeof(struct node), 1, fp);
    }
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        fread(&c[i], sizeof(struct dir), 1, fp);
    }
    fclose(fp);
}

// 回收磁盘空间
void callback(int length)
{
    int i, j, k, m, q = 0;
    for (i = length - 1; i >= 0; i--)
    {
        k = physic[i]; // 需要提供要回收的文件的地址
        m = 49 - super_block.n; // 回收到栈中的哪个位置
        if (super_block.n == 50) // 当super_block.n==50时 m=-1;的值
        { // super_block.n==50的时候栈满了，要将这个栈中的所有地址信息写进下一个地址中
            for (j = 0; j < 50; j++)
            {
                memory[k].free[j] = super_block.free[j];
            }
            super_block.n = 0;
            memory[k].n = 50;
        }
        memory[k].a = 0; // 标记盘快为未占用
        if (m == -1)
        {
            m = 49; // 将下一个文件地址中的盘块号回收到栈底中
        }
        super_block.free[m] = physic[i]; // 将下一个文件地址中的盘块号回收到栈中
        super_block.n++;
    }
}

// 分配空间
void allot(int length)
{
    int i, j, k, m, p;
    for (i = 0; i < length; i++)
    {
        k = 50 - super_block.n; // 超级块中表示空闲块的指针
        m = super_block.free[k]; // 栈中的相应盘块的地址
        p = super_block.free[49]; // 栈中的最后一个盘块指向的地址
        if (m == -1 || memory[p].a == 1) // 检测是否还有下一组盘块
        {
            printf("内存不足,不能够分配空间\n");
            callback(length); // 回收空间
            break;
        }
        if (super_block.n == 1)
        {
            memory[m].a = 1; // 将最后一个盘块分配掉
            physic[i] = m; // 记录分配的盘块地址
            super_block.n = 0; // 栈清空
            for (j = 0; j < memory[m].n; j++) // 从最后一个盘块中取出下一组盘块号写入栈中
            {
                super_block.free[j] = memory[m].free[j];
                super_block.n++;
            }
            continue; // 跳过本次循环
        }
        physic[i] = m; // 记录分配的盘块地址
        memory[m].a = 1; // 标记盘快为占用
        super_block.n--; // 栈中空闲块数量减少
    }
}

// 创建文件
void create_file(char filename[], int length)
{
    int i, j;
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        if (strcmp(filename, c[i].file_name) == 0)
        {
            printf("文件已经存在，不允许建立重名的文件\n");
            return;
        }
    }
    for (i = 0; i < 64; i++)
    {
        if (c[i].i_num == -1)
        {
            c[i].i_num = i; // 设置i结点号
            strcpy(c[i].file_name, filename); // 设置文件名
            strcpy(c[i].dir_name, cur_dir); // 设置文件所在目录
            i_node[i].file_style = style; // 设置文件类型
            i_node[i].file_length = length; // 设置文件长度
            allot(length); // 分配空间
            for (j = 0; j < length; j++)
            {
                i_node[i].file_address[j] = physic[j]; // 记录文件物理地址
            }
            break; // 找到空闲位置，结束循环
        }
    }
}

// 创建目录
void create_dir(char filename[])
{
    style = 0; // 设置文件类型为目录
    create_file(filename, 4); // 创建目录文件
    style = 1; // 恢复文件类型为普通文件
}

int main()
{
    format(); // 初始化系统
    write_file(NULL); // 将系统信息写入文件system
    read_file(NULL); // 从文件system读取系统信息
    return 0;
}