因FAT32文件系统以簇为单位对磁盘进行读写，且会根据磁盘镜像的大小选取大小不同的簇。而缓冲层则是以物理扇区为单位对磁盘进行读写。所以我们增加了对簇层的管理，由簇层调用缓冲层的接口对磁盘进行读写。
unsigned long clusterAlloc(FileSystem *fs, unsigned long prev); //分配一个簇
void clusterFree(FileSystem *fs, unsigned long cluster, unsigned long prev);//释放一个簇
unsigned long secno = clusterSec(fs, cluster) + offset / fs->superBlock.bpb.bytes_per_sec;
void clusterWrite(FileSystem *fs, unsigned long cluster, long offset, void *src, size_t n, bool isUser);//向簇内写入
void clusterRead(FileSystem *fs, unsigned long cluster, long offset, void *dst, size_t n, bool isUser);//从簇内读取FAT32BootParamBloc中记录了Fat32文件系统的元信息。
typedef struct FAT32BootParamBlock {
// 通用的引导扇区属性
u8 BS_jmpBoot[3];
u8 BS_OEMName[8];
u16 BPB_BytsPerSec; // 扇区大小（字节）
u8 BPB_SecPerClus; // 簇大小（扇区）
u16 BPB_RsvdSecCnt; // 保留扇区数
u8 BPB_NumFATs; // FAT 数量
u16 BPB_RootEntCnt; // 根目录条目数量
u16 BPB_TotSec16; // 逻辑分区中的扇区数量
u8 BPB_Media; // 硬盘介质类型
u16 BPB_FATSz16; // FAT 的大小（扇区），只有FAT12/16使用
u16 BPB_SecPerTrk; // 一个磁道的扇区数
u16 BPB_NumHeads; // 磁头的数量
u32 BPB_HiddSec; // 隐藏扇区数量
u32 BPB_TotSec32; // 逻辑分区中的扇区数量，FAT32使用
// FAT32 引导扇区属性
u32 BPB_FATSz32; // FAT的大小（扇区），FAT32使用
u16 BPB_ExtFlags; // 扩展标志
u16 BPB_FSVer; // 高字节是主版本号，低字节是次版本号
u32 BPB_RootClus; // 根目录簇号
u16 BPB_FSInfo; // 文件系统信息结构扇区号
u16 BPB_BkBootSec; // 备份引导扇区号
、 u8 BPB_Reserved[12]; // 保留
u8 BS_DrvNum; // 物理驱动器号，硬盘通常是 0x80 开始的数字
u8 BS_Reserved1; // 为 Windows NT 保留的标志位
u8 BS_BootSig; // 固定的数字签名，必须是 0x28 或 0x29
u32 BS_VolID; // 分区的序列号，可以忽略
u8 BS_VolLab[11]; // 卷标
u8 BS_FilSysType[8]; // 文件系统 ID，通常是"FAT32"
u8 BS_CodeReserved[420];// 引导代码
u8 BS_Signature[2]; // 可引导分区签名，0xAA55
} __attribute__((packed)) FAT32BootParamBlock;该结构被记录在 VFS 层 SuperBlock 中的匿名联合体中。
FAT32Directory 为Fat32文件原生的目录项结构，其中记录了文件的元信息。
typedef struct FAT32Directory {
u8 DIR_Name[11]; // 文件名（8.3格式），包含文件名和扩展名，共11字节
u8 DIR_Attr; // 文件属性（例如，目录、只读、隐藏、系统文件等）
u8 DIR_NTRes; // 保留给NT的字节，通常设置为0
u8 DIR_CrtTimeTenth; // 创建时间的毫秒部分（0-199范围内的值）
u16 DIR_CrtTime; // 文件创建时间（小时、分钟和两秒钟间隔）
u16 DIR_CrtDate; // 文件创建日期（年、月、日）
u16 DIR_LstAccDate; // 上次访问日期（年、月、日）
u16 DIR_FstClusHI; // 文件起始簇号的高16位
u16 DIR_WrtTime; // 文件最后写入时间（小时、分钟和两秒钟间隔）
u16 DIR_WrtDate; // 文件最后写入日期（年、月、日）
u16 DIR_FstClusLO; // 文件起始簇号的低16位
u32 DIR_FileSize; // 文件大小（以字节为单位）
} __attribute__((packed)) FAT32Directory; // __attribute__((packed)) 确保结构体按紧凑布局，不进行任何内存对齐该结构被记录在 VFS 层中的 Dirent 结构的匿名联合体中。
文件系统的初始化包括初始化超级块，初始化根目录项，与递归构建目录树这三个部分。
void fat32_init(FileSystem* fs)
{
// 1. 以fs为单位初始化簇管理器
printk("fat32 is initing...\n");
strcpy(fs->name, "FAT32");
ASSERT(partition_format(fs) == 0);
// 2. 初始化根目录
fs->root = dirent_alloc();
strcpy(fs->root->name, "/");
fs->root->file_system = fs; // 此句必须放在countCluster之前，用于设置fs
printk("cluster Init Finished!\n");
// 设置Dirent属性
fs->root->first_clus = fs->superBlock.bpb.root_clus;
printk("first clus of root is %d\n", fs->root->first_clus);
fs->root->raw_dirent.DIR_Attr = ATTR_DIRECTORY;
fs->root->raw_dirent.DIR_FileSize = 0; // 目录的Dirent的size都是0
fs->root->type = DIRENT_DIR;
fs->root->file_size = countClusters(fs->root) * CLUS_SIZE(fs);
// 设置树状结构
fs->root->parent_dirent = NULL; // 父节点为空，表示已经到达根节点
list_init(&fs->root->child_list);
fs->root->linkcnt = 1;
/* 不需要初始化fs->root的锁，因为在分配时即初始化了 */
printk("root directory init finished!\n");
ASSERT(sizeof(FAT32Directory) == DIRENT_SIZE);
// 3. 递归建立Dirent树
build_dirent_tree(fs->root);
printk("build dirent tree succeed!\n");
printk("fat32 init finished!\n");
}在初赛阶段，Fat32文件系统被挂载在 / 目录下。
Fat32文件系统中包含了针对目录文件和普通文件的操作函数
void filepnt_init(Dirent *file);//初始化文件指针
int Fatfile_read(struct Dirent *file, unsigned long dst, unsigned int off, unsigned int n);//读文件
int Fatfile_write(struct Dirent *file, unsigned long src, unsigned int off, unsigned int n);//写文件
int createFile(struct Dirent *baseDir, char *path, Dirent **file);//创建文件
int rmfile(Dirent *file);//删除文件或目录
int makeDirAt(Dirent *baseDir, char *path, int mode);//创建目录
int dirGetDentFrom(Dirent *dir, u64 offset, struct Dirent **file, int *next_offset, longEntSet *longSet)//从文件中获取目录项- 文件的初始化
在 Fat32 格式的磁盘镜像中，文件的数据索引被记录在Fat表中，为了减少文件系统对数据索引频繁的进行计算，方便后续使用。在文件第一次被访问时，会使用 filepnt_init 函数将文件数据块的索引解析出来并存入 DirentPointer 结构中。
typedef struct DirentPointer {
// 一级指针
// u32 first[10];
// 简化：只使用二级指针和三级指针
struct TwicePointer *second[NDIRENT_SECPOINTER];
struct ThirdPointer *third;
u16 valid;
} DirentPointer;Fat 文件系统的文件数据索引是链式结构。每个簇在 Fat 表中对应一个条目，而这些条目存储了下一个簇的编号，从而形成一个链式结构来跟踪文件数据。所以我们根据记录在目录项中的 first_clus 就能获取存储文件数据的第一个簇的位置。并将剩余的簇解析出来。
void filepnt_init(Dirent *file) {
if (!file->pointer.valid) {
// 首次打开，更新pointer
int clus = file->first_clus;
if (clus == 0) {
// 文件的大小为0，返回
return;
}
DirentPointer *fileptr = &file->pointer;
for (int i = 0; FAT32_NOT_END_CLUSTER(clus); i++) {
// 更新pointer值
filepnt_setval(fileptr, i, clus);
// 查询下一级簇号
clus = fatRead(file->file_system, clus);
}
file->pointer.valid = 1;
}
}- 目录与文件的创建
目录与文件的创建底层调用的均为一个函数
static int createItemAt(struct Dirent *baseDir, char *path, Dirent **file, int isDir) {
lock_acquire(&mtx_file);
char lastElem[MAX_NAME_LEN];
Dirent *dir = NULL, *f = NULL;
int r;
longEntSet longSet;
FileSystem *fs;
extern FileSystem *fatFs;
if (baseDir) {
fs = baseDir->file_system;
} else {
fs = fatFs;
}
struct path_search_record searched_record;
memset(&searched_record, 0, sizeof(struct path_search_record));
/* 记录目录深度，帮助判断中间某个目录不存在的情况 */
unsigned int pathname_depth = path_depth_cnt((char *)path);
/* 先检查是否将全部的路径遍历 */
dir = search_file(path, &searched_record);
unsigned int path_searched_depth = path_depth_cnt(searched_record.searched_path);
if (pathname_depth != path_searched_depth) {
// 说明并没有访问到全部的路径，某个中间目录是不存在的
lock_release(&mtx_file);
return -1;
}
/* 如果已经存在该文件则不能重复建立 */
if (dir != NULL) {
if (isDir == 1 && dir->type == DIRENT_DIR) {
printk("directory exists: %s\n", path);
lock_release(&mtx_file);
} else if (isDir == 0 && dir->type == DIRENT_FILE) {
printk("file exists: %s\n", path);
lock_release(&mtx_file);
}
return -1;
}
// 3. 分配Dirent，并获取新创建文件的引用
if ((r = dir_alloc_file(searched_record.parent_dir, &f, path)) < 0) {
lock_release(&mtx_file);
return r;
}
// 4. 填写Dirent的各项信息
f->parent_dirent = searched_record.parent_dir; // 设置父亲节点，以安排写回
f->file_system = searched_record.parent_dir->file_system;
f->head = f->parent_dirent->head; // 子目录的对应
if (isDir == 1) {
f->type = DIRENT_DIR;
} else {
f->type = DIRENT_FILE;
}
// 5. 目录应当以其分配了的大小为其文件大小
if (isDir) {
// 目录至少分配一个簇
int clusSize = CLUS_SIZE(searched_record.parent_dir->file_system);
f->first_clus = clusterAlloc(searched_record.parent_dir->file_system, 0); // 在Alloc时即将first_clus清空为全0
f->file_size = clusSize;
f->raw_dirent.DIR_Attr = ATTR_DIRECTORY;
} else {
// 空文件不分配簇
f->file_size = 0;
f->first_clus = 0;
}
filepnt_init(f);
// 4. 将dirent加入到上级目录的子Dirent列表
list_append(&searched_record.parent_dir->child_list, &f->dirent_tag);
// 5. 回写dirent信息
sync_dirent_rawdata_back(f);
if (file) {
*file = f;
}
lock_release(&mtx_file);
return 0;
}- 目录与文件的删除
static const struct fs_operation fat32_op = {
.fs_init_ptr = fat32_init,
.file_init = filepnt_init,
.file_create = createFile,
.file_read = Fatfile_read,
.file_write = Fatfile_write,
.file_remove = rmfile,
.makedir = makeDirAt
};