OperatingSystemHW

项目介绍

本项目为同济大学操作系统课程设计作品，使用C#实现了一个二级文件系统，即在一个大文件中模仿文件系统的方式存储小文件。

使用方式

本项目的解决方案中包含两个项目，分别为OperatingSystemHW（服务器）与Client（客户端）。可以同时开启多个客户端程序，开启的客户端会自动连接到服务器。服务器使用本机端口8109，客户端端口由系统自动分配。

克隆仓库到本地后，启动解决方案，会分别生成一个服务器实例和一个客户端实例，并自动在生成的服务器可执行程序目录中生成名为disk.img的磁盘文件。若要开启多个客户端，需要找到生成的客户端可执行程序并手动执行。

客户端命令

客户端命令模仿Linux命令编写。文件路径默认为从当前工作目录起始的相对路径，使用绝对路径需要在原路径前增加斜线“/”，例如：

cd /            // 将当前工作目录更改为根目录
touch a.txt     // 在当前工作目录中创建名为a.txt的文件
touch /a.txt     // 在根目录中创建名为a.txt的文件

• ls：显示当前目录下的文件和文件夹列表。
• clear：清除控制台的显示内容。
• cat：显示指定文件的内容。参数为文件路径。
• stat：显示指定文件的状态信息，如文件大小、修改时间等。参数为文件路径，若不提供参数，则此命令将显示磁盘状态信息，如剩余空间大小等。
• touch：创建一个新的空文件。参数为文件路径。
• rm：删除指定文件。参数为文件路径。
• mkdir：创建一个新的文件夹。参数为文件夹路径。
• rmdir：删除指定文件夹。参数为文件夹路径，默认仅删除空文件夹，可提供-r参数递归删除其所有子文件夹，例如：

rmdir my_dir -r

• cd：更改当前工作目录到指定的文件夹。参数为文件夹路径。
• input：将外部文件系统中的文件移动到本系统中。参数为待移入文件路径、本系统中待创建文件路径。注意：移入会覆盖本系统中已存在的同名文件。
• output：将本系统中的文件移动到外部文件系统中。参数为本系统中待移出文件路径、外部系统待创建文件路径。注意：移出会覆盖外部系统中已存在的同名文件。
• open：打开指定文件，没有实用价值，仅供测试文件访问权限使用。打开的文件无法被其它客户端访问，当本客户端访问/修改文件后，文件会被自动关闭。参数为文件路径。
• close：关闭指定文件，没有实用价值，仅供测试文件访问权限使用。参数为文件路径。
• quit / exit：退出客户端程序。
• help：显示帮助信息。

项目结构

本项目客户端仅负责向服务器发送控制台输入的指令内容，并输出服务器返回的文本信息，文件系统的核心功能均由服务器实现。文件服务器以自底向上的方式构建，共包含以下的四层结构，并通过TCP协议建立服务端与客户端之间的通信。

磁盘层

磁盘层由DiskManager类实现，提供直接读写disk.img（以下称为磁盘文件）的接口。系统初始化时，DiskManager以内存映射的方式打开磁盘文件，若没有找到磁盘文件则创建该文件。该类提供的接口将直接对磁盘文件进行读写，不进行访问权限检查，不使用线程锁。

扇区层

扇区层主要由FileSystem类和BlockManager类实现，提供扇区级别的操作接口。

FileSystem类提供超级块操作接口与用户信息操作接口，在系统初始化时检查超级块签名是否正确，不正确则初始化超级块与用户信息。超级块信息主要包括磁盘中的剩余扇区数与Inode数，用户信息与超级块信息共同占据磁盘的前两个扇区。

BlockManager类提供扇区与Inode的操作接口。该类允许外部申请/释放扇区与Inode的权限，并允许外部对已申请权限的扇区或Inode进行读写操作，拒绝未授权区域的操作，保证磁盘文件不被意外破坏。该类的接口使用了线程锁，保证多个客户端同时操作扇区/Inode时不会发生冲突。

文件层

文件层主要由FileManager类实现，提供文件操作接口。FileManager类提供了打开/关闭/读取/写入/移动文件指针等常用的文件操作接口，在内部使用OpenFile结构表示已打开文件，每个OpenFile与Inode一一对应。FileManager进行文件操作时，主要调用BlockManager提供的扇区/Inode接口函数，并保证在申请到文件扇区/Inode权限的情况下才进行操作。

用户层

用户层主要由View类实现，负责解析客户端发来的指令，并调用文件层或扇区层提供的接口进行文件操作，将操作结果或出错信息发送回客户端。

进程通信

本项目实现进程通信相关的类均存放在msg文件夹中。进程间传输的网络消息以SerializeMsg类的派生类表示，并由MsgParser进行解析，完成对TCP协议数据包分包/黏包的处理。

解决方案启动时，首先会开启一个服务器进程，该进程会不断监听是否有客户端请求连接服务器。接下来会开启一个客户端进程，该进程创建后会立即尝试连接服务器。

当服务器成功连接到一个客户端后，会为其创建一个新线程，并为其创建一个FileManager对象和一个View对象，然后创建一个用户信息副本，保证不同的客户端能够独立在文件层和用户层进行操作。服务器的扇区层和磁盘层对象是唯一的，以此保证磁盘内容的唯一性。