助教：田成锦、汪睿、游翎璟 吴加禹、李佳伟、唐凯成

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1 助教：田成锦、汪睿、游翎璟 吴加禹、李佳伟、唐凯成
实验四：FAT文件系统的实现 助教：田成锦、汪睿、游翎璟 吴加禹、李佳伟、唐凯成

2 实验目的 熟悉FAT16的存储结构 利用FUSE实现一个只读的FAT16文件系统 拓展实验：实现功能完整的FAT16文件系统（选做）
支持长文件名 支持写操作 实现线程安全 2019/6/5

3 实验环境 主机：Ubuntu 32位 14.04 （或其他32位Ubuntu系统）
本次实验通过FUSE来实现一个FAT文件系统，需要根据 FUSE提供的接口实现具体的文件操作 下载教学主页上的lab-4基础代码并解压即可开始实验 2019/6/5

4 实验内容——1.熟悉使用FUSE 了解FUSE
FUSE（Filesystem in Userspace，用户态文件系统）是一个实现在用 户空间的文件系统框架，通过FUSE内核模块的支持，使用者只需要 根据fuse提供的接口实现具体的文件操作就可以实现一个文件系统。 FUSE主要由三部分组成：FUSE内核模块、用户空间库libfuse以及挂载 工具fusermount： 1. fuse内核模块：实现了和VFS的对接 2. fuse库libfuse：负责和内核空间通信 3. 挂载工具：实现对用户态文件系统的挂载。 更多详细内容可参考博客： 2019/6/5

5 实验内容——1.熟悉使用FUSE 配置FUSE环境
linux kernel在2.6.14后添加了FUSE模块，因此对于目前的大多数发 行版来说只需要安装libfuse库即可。 在< ，并编译安装： wget -O libfuse zip unzip libfuse zip cd libfuse-fuse_2_9_5/ ./makeconf.sh ./configure --prefix=/usr make -j4 sudo make install 2019/6/5

6 实验内容——1.熟悉使用FUSE 配置FUSE环境 编译出错处理：
在执行./makeconf.sh可能会遇到“ libtoolize: not found ”或 “autoreconf: not found”，需要安装libtool和autoconf软件包，ubuntu下可以通过下面的命 令安装： sudo apt install libtool sudo apt install autoconf 2019/6/5

7 实验内容——1.熟悉使用FUSE 测试FUSE 通过libfuse-fuse_2_9_5/example下的fusexmp进行测试：
这时候在文件管理器中打开fuse_test_dir目录，可以看到当前Linux 系统的“/”被挂载到这个目录下。 结束测试可以直接在当前终端中Ctrl + C结束程序，或者在新的终端 中输入： 提示：当执行用户自己实现的fuse程序时，如果出现错误：fuse:bad mount point `fat_dir/`: Transport endpoint is not connected，可通过执 行上面这条命令卸载对应的文件夹来解决。 cd example mkdir fuse_test_dir ./fusexmp -d fuse_test_dir fusermount -u fuse_test_dir 2019/6/5

8 实验内容——2.FAT文件系统 FAT格式磁盘镜像的制作过程 分为三步：创建文件，格式化文件，挂载使用
dd if=/dev/zero of=fat-disk.img bs=1M count=100 mkfs.vfat -F 16 fat-disk.img mkdir mdir mount fat-disk.img mdir 2019/6/5

9 实验内容——2.FAT文件系统 FAT16的存储结构 FAT16文件系统的基本结构依次为： FAT16格式的磁盘的组织方式为：
DBR扇区、FAT表1、FAT表2、根目录和数据区 FAT16格式的磁盘的组织方式为： 2019/6/5

10 实验内容——2.FAT文件系统 FAT16的存储结构 DBR扇区
DBR是操作系统可以直接访问的第一个扇区,包括一个引导程序和一个 称为BPB的本分区参数记录表。BPB参数块记录着本分区的启始扇区、 结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、*FAT*个数、 分配单元的大小等重要参数。 下图是一个FAT16文件系统的DBR扇区 2019/6/5

11 实验内容——2.FAT文件系统 FAT16的存储结构 DBR扇区 DBR扇区每个字段代表的含义如下：
根据上面的DBR扇区，我们可以算出各FAT的偏移地址，根目录的偏移地址，数据区的偏移地址。FAT1偏移地址：保留扇区（FAT1之前的扇区，包括DBR扇区）之后就是FAT1。因此可以得到，FAT1的偏移地址就是1个扇区的位置，也就是512。FAT2偏移地址：FA1偏移地址+FAT1的大小，512+21*512 = 11264。根目录偏移地址： FAT2偏移地址+FAT2的大小， *512= 22016。数据区的偏移地址：根目录偏移地址+根目录大小， *512=38400。其中根目录大小是由根目录项数决定的，每项占32字节 2019/6/5

12 实验内容——2.FAT文件系统 FAT16的存储结构 FAT表
FAT是簇的链表，FAT2与FAT1的内容通常是即时同步的，可以认为两 个FAT表完全相同。在根据目录项获取文件的首簇号后，在FAT中找到 对应的簇，可以找到下一个簇，一直到文件结束。每个簇用2字节表示 簇的状态， 具体意义如下表所示： 2019/6/5

13 实验内容——2.FAT文件系统 FAT16的存储结构 目录
每个32字节目录项表示的具体含义如下： 2019/6/5

14 实验内容——2.FAT文件系统 FAT16的存储结构 目录 系统将文件名分成两部分进行存储，即主文件名+扩展名。
不记录主文件名与扩展名之间的"."，并且存储成大写字母。 主文件名不足8个字符以空白符(20H)填充，扩展名不足3个字符同样以 空白符(20H)填充。 0x0偏移处的取值若为0x0，表明目录项为空；若为0xE5，表明目录项 曾被使用，但对应的文件或文件夹已被删除。 文件名中的第一个字符若为“.”或“..”表示记录的是一个子目录的目录项， “.”代表当前目录；“..”代表上级目录。 2019/6/5

15 实验内容——2.FAT文件系统 FAT16的存储结构 FAT表与文件定位
FAT表以"F8 FF FF FF" 开头，为介质描述单元，并不参与FAT表簇链关系， 下图展示了FAT表的内容。为了定位一个文件或目录，需要先找到其对应 的目录项，然后根据首簇号查找FAT中的相应表项。 2019/6/5

16 实验内容——2.FAT文件系统 FAT16的存储结构 FAT表与文件定位
假设一个文件，其首簇号是2，则查看FAT的相对偏移0x4~0x5的内容， 此处为0xFFFF，表示存储在2号簇上的文件是个小文件，只占用1个簇 便结束了。 假设另一个文件的首簇号是8，则查看FAT的相对偏移0x10-0x11的内容， 为0x0009，就是说该文件继8号簇后的内容会存放在9号簇中；继续查 看9号簇的FAT表项内容是0x000A，该文件继9簇后的内容会存放在10 号簇中，继续这个过程，会发现文件在11号簇结束。 2019/6/5

17 实验要求 实验任务 补全代码包simple_fat16.c中的标记TODO（一共9处）的部分，实现 一个只读的FAT16文件系统。
提示：有需要的话，可采用Linux下的xxd和hexdump等命令或者 Windows下的WinHex等十六进制文件编辑工具，分析对应的磁盘镜 像文件。 2019/6/5

18 实验要求 运行与测试 使用如下的命令编译并测试程序： #进入源码目录 make #测试一 ./simple_fat16 --test
2019/6/5

19 实验要求 运行与测试 测试一是为了验证程序的FAT相关部分的代码正确性（以 fat16_test.img作为磁盘镜像文件），一共有6个测试目标： 2019/6/5

20 实验要求 运行与测试 通过测试一后，运行如下的命令进行FUSE功能的测试（以fat16.img 作为磁盘镜像文件） #测试二
./simple_fat16 -d fat_dir 2019/6/5

21 实验要求 运行与测试 这时候在文件管理器中打开fat_dir目录，需要能够看到里面的文件 列表，以及正常访问里面的文件 2019/6/5

22 评分标准 得分由两部分构成 代码运行得分 回答问题得分 未能通过测试一，按照完成的测试目标数给分；
能正常通过测试二（看到文件+访问文件）得8分 只能看到文件列表但无法正常访问文件得7分。 回答问题得分 针对代码实现，助教提问问题，根据回答情况在代码运行分的基础上 加分/扣分。 2019/6/5

23 提交方式 将实验报告、源代码打包为压缩包提交 提交至邮箱：ustc_os2019@163.com
本次实验只要求修改simple_fat16.c文件，不能修改其他文件，所以 源代码只提交simple_fat16.c文件即可。 邮件主题、文件名称、压缩包名称 均采用以下格式命名 x-学号-姓名（x：代表第x次实验） 例如张三的第1次实验命名为“1-PB 张三” 未按照规范命名的邮件会被忽略、删除 实验验收和报告提交截止日期请关注课程主页 2019/6/5

24 拓展实验（选做） 实验目标 实现一个功能完整的FAT16文件系统 2019/6/5

25 拓展实验内容1 支持长文件名的FAT 16文件系统 在之前的实验中，我们只关注了短文件名（8+3格式） 的实现，这种这种方式有很大的局限性。
要求：参考相关资料，实现能够支持长文件名的FAT文 件系统，要求能够正常显示fat.img中的文件名。 2019/6/5

26 拓展实验内容2 支持写操作的FAT 16文件系统 在已有的只读文件基础上，实现可支持创建文件，写文 件，删除文件的功能，同时能够支持文件属性的修改。 要求：能够在文件系统中支持touch，mkdir，cp，rm等 命令，支持的功能越多越好。 2019/6/5

27 拓展实验内容3 实现线程安全的FAT 16文件系统
要求：在多线程访问文件系统时，需要保证读写请求被 正确处理，能够使用fio工具测试文件系统，并且有不错 的性能结果。 2019/6/5