【操作系统】磁盘存储空间的管理

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步骤

具体内容

步骤1：初始化位示图

初始化一个位示图来表示磁盘空间的占用情况。

使用16位字来表示一个柱面的状态，初始状态为第一个字为"1"，其余全部为"0"，表示柱面1被占用，其余柱面为空闲。

步骤2：文件分配磁盘空间

用户输入文件信息，包括文件名和文件大小。

根据位示图为文件分配磁盘块，可以不连续分配。这意味着文件的数据块可以分散在磁盘上。

输出分配的磁盘块的相对块号和其绝对地址CHS（柱面号、磁头号、扇区号）。

更新位示图以反映已分配的磁盘块状态。

步骤3：释放文件所占的磁盘空间

用户输入要释放的文件名。

根据文件名查找该文件所占用的磁盘块。

输出被释放的磁盘块的相对块号和其绝对地址CHS。

更新位示图以反映已释放的磁盘块状态。

步骤4：输出磁盘位示图和文件信息

用户可以选择输出磁盘位示图，以查看磁盘空间的占用情况。

用户还可以选择输出磁盘中的所有文件信息，包括文件名、大小和存储位置等信息。

目标计算量

计算公式

柱面号C

C = LBA / (n * m)

磁头号H

H = (LBA / m) % n

扇区号S

S = (LBA % m)

#include <iostream>

#include <vector>

#include <unordered_map>

using namespace std;

// 文件信息结构体（FCB，file control block）

struct FileInfo {  

    string file_name;               // 文件名字

    int file_size;                  // 文件大小

    vector<int> allocated_sectors;  // 文件分配的扇区

};

// 存储管理器结构体（磁盘管理）

struct StorageManager {                    

    int available_sectors;                  // 可用扇区总数

    vector<vector<int>> bitmap;             // 磁盘位图

    unordered_map<string, FileInfo> files;  // 文件映射

    StorageManager();                       // 构造函数

    bool createFile(const string&, int);    // 创建文件

    void displayStatus();                   // 显示存储状态

    void fileDetails(const FileInfo&);      // 显示文件详情

    bool deleteFile(const string&);         // 删除文件

};

// 构造函数

// 假定现有一个磁盘组，共有8个柱面。每个柱面有4个磁道，每个磁道又划分成4个物理盘块。

StorageManager::StorageManager() : available_sectors(128) {

    bitmap.resize(8, vector<int>(16, 0));   // 构造8*16个空盘块

    for (int j = 0; j < 16; ++j) {

        bitmap[0][j] = 1;  // 预留第一行作为系统文件，该柱面不可用

        // 位示图的初始状态为第1个字为“1”，其他全部空闲。

    }

}

// 创建文件函数

bool StorageManager::createFile(const string& name, int size) {

    if (files.find(name) != files.end()) {  // 如果文件名字不在末尾，则冲突

        cout << "错误: 文件已存在。"<< endl;

        return false;

    }  

    if (size > available_sectors) {     // 如果文件大小大于空闲扇区大小

        cout << "错误: 空间不足。"<< endl;

        return false;

    }

    // 创建新文件的FCB

    FileInfo newFile{ name, size, {} };

    // 更新位示图中信息

    for (int i = 0; i < bitmap.size() && size > 0; ++i) {

        for (int j = 0; j < bitmap[i].size() && size > 0; ++j) {

            if (bitmap[i][j] == 0) {    // 如果这个盘块为空

                bitmap[i][j] = 1;   // 设置为已经分配

                newFile.allocated_sectors.push_back(i * 16 + j);    // 分配区增加这个盘块

                --size;     // 空闲区大小-=1

                --available_sectors;    // 同上

            }

        }

    }

    files[name] = newFile;  // hash表设置

    fileDetails(newFile);   // 显示新建文件详情

    return true;

}

// 显示磁盘分配情况函数

void StorageManager::displayStatus() {

    cout << "磁盘位图：" << endl;

    for (int i = 0; i < bitmap.size(); ++i) {

        for (int j = 0; j < bitmap[i].size(); ++j) {

            cout << bitmap[i][j] << ' ';

        }

        cout << endl;   // 换行显示

    }

    cout << endl << "文件列表:" << endl;

    for (const auto& pair : files) {

        cout << pair.first << "\t大小: " << pair.second.file_size << endl;

    }

    cout << endl;

}

// 显示文件内存详情函数

void StorageManager::fileDetails(const FileInfo& file) {

    cout << "文件 '" << file.file_name << "' 的详细信息："<< endl;

    for (int sector : file.allocated_sectors) {

        cout << "扇区: " << sector << "；";    //遍历扇区

    }

    cout << endl;

}

// 删除文件函数

bool StorageManager::deleteFile(const string& name) {

    auto it = files.find(name);

    if (it == files.end()) {

        cout << "错误: 文件不存在。"<< endl;

        return false;

    }

    for (int sector : it->second.allocated_sectors) {

        int i = sector / 16;

        int j = sector % 16;

        bitmap[i][j] = 0;

        ++available_sectors;

    }

    files.erase(it);

    cout << "文件 '" << name << "' 已删除。"<< endl;

    return true;

}

// 菜单函数

void menu(StorageManager manager){

    manager.displayStatus();

    cout << "根据数字提示选择操作: ";

    cout << endl << "1:创建文件, 2:删除文件, 3:退出系统"<< endl;

}

// 主函数

int main() {

    StorageManager manager;

    int action;

    string filename;

    int filesize;

    while (true) {

        cout << endl;

        menu(manager);

        cin >> action;

        switch (action) {

            case 1:

                cout << "输入文件名: ";

                cin >> filename;

                cout << "输入文件大小: ";

                cin >> filesize;

                if (manager.createFile(filename, filesize)) {

                    cout << "文件创建成功。\n";

                }

                break;

            case 2:

                cout << "输入要删除的文件名: ";

                cin >> filename;

                if (manager.deleteFile(filename)) {

                    cout << "文件删除成功。\n";

                }

                break;

            case 3:

                cout << "程序退出。\n";

                return 0;

            default:

                cout << "无效的操作。\n";

        }

    }

    return 0;

}

/*

测试用例：

【创建文件】

1

f1

5

1

f2

10

1

f3

20

【删除f1】

2

f1

【重新创建更大的f1】

1

f1

10

【随机删除】

2

f2

2

f3

2

f1

【结束】

*/