OS-Lab2

问题

PPT相关内容

1. 什么是实模式，什么是保护模式？

   PPT:
   * 实模式：基地址+偏移量可以直接获得物理地址的模式* 缺点：非常不安全
   * 保护模式：不能直接拿到物理地址，需要进行地址转换* 从80286开始，是现代操作系统的主要模式
   2：实模式是早期x86处理器的一种工作模式，它可以直接使用物理地址来访问内存，但是只能识别1MB内存地址范围。实模式只能使用16位寻址方式，不支持多任务，也无法进行内存保护，程序可以相互篡改，因此不适合开发大型操作系统。相比之下，保护模式是一种新的工作模式，它对内存进行了保护和隔离，使得多个程序可以同时运行，相互之间互不干扰，可以共享硬件资源。保护模式可以使用32位和64位寻址方式，支持虚拟存储器和内存保护。保护模式是现代操作系统的基础，例如Windows和Linux等操作系统都是在保护模式下运行的。
   

2. 什么是选择子？

   选择子是在x86架构的计算机中使用的一种数据结构，用于访问内存中的段。
   选择子由16位构成
   包含了段的索引、段的特权级别和其他标志信息。
   当CPU需要访问内存中的数据时，它需要使用选择子来确定需要访问的段。
   选择子中包含的段的索引信息确定了CPU需要访问的段在全局描述符表（GDT）或局部描述符表（LDT）中的位置，而特权级别的信息则用于检查当前正在执行的代码是否有访问该段的权限。同时通过选择子和段的切换，操作系统可以实现虚拟内存，将虚拟地址映射到物理地址。放在段选择寄存器里
   * 低2位表示请求特权级
   * 第3位表示选择GDT还是LDT方式
   * 高13位表示在描述符表中的偏移
   * 故描述符表的项数最多是2的13次方
   

3. 什么是描述符？

   PPT:
   是GDT或LDT描述符表中的一个数据结构项
   包含了一个段的大小、位置、特权级别等信息
   每个段描述符占用8byte，64bit，包含段基地址、段线长、段属性等* 段基址：开始地址，线性地址，偏移为0
   * 段线长：长度，最大可用
   * DPL：描述符特权级，目标段特权集
   * CPL：当前段特权集
   * GDT：全局描述符表，是全局唯一的。* 存放一些公用的描述符，和包含**各进程局部描述符表**首地址的描述符。
   * LDT：局部描述符表，每个进程都可以有一个。* 存放本进程内使用的描述符。
   * GDTR：全局描述符表寄存器* 48位寄存器，高32位放置GDT首地址，低16位放置GDT限长* 限长决定了可寻址的大小，**注意低16位放的不是选择子**
   * LDTR：16位寄存器，放置一个特殊的选择子，用于查找当前进程的LDT首地址。描述符是计算机中一种结构化的数据结构，通常用于描述各种资源的属性和特征。
   在计算机中，最常见的描述符有段描述符和系统描述符。段描述符在保护模式下使用，用于描述内存中的段。
   段描述符包含了该段的基地址、限制、特权级别、类型、状态等信息，
   这些信息可以帮助操作系统实现内存保护和虚拟内存等特性。
   在选择子中包含的段索引信息可以用来在全局描述符表或局部描述符表中找到对应的段描述符。系统描述符是在x86架构中用于描述各种系统资源和特殊处理器状态的数据结构。它们包括门描述符、任务状态段描述符、中断描述符和TSS描述符等。这些特殊描述符包含了特定的处理器状态信息，可以被系统调用、中断和异常处理例程使用。
   

4. 什么是GDT，什么是LDT?

   GDT和LDT都是描述符表，用于记录计算机内存中的段描述符信息。GDT是全局描述符表，是一个全局的描述符表，其中包含了操作系统所管理的所有内存段的描述符信息。
   GDT对于整个操作系统是唯一的，在操作系统启动时通过将其加载到内存中来启用。
   它可以包含多个段描述符，这些描述符描述了操作系统所管理的内存中的所有段，
   包括各个用户进程的代码段、数据段、堆栈段等。LDT是局部描述符表，每个任务可以设定自己的LDT。
   LDT和GDT的作用相同，用于记录任务在内存中的段描述符信息。
   与GDT不同的是，LDT是每个任务独有的，每个任务都可以为自己定义一个LDT，来描述其代码、数据、堆栈等内存段。
   在任务切换时，也需要重新装载LDT。
   这使得在多任务操作系统中，每个任务都有自己独立的内存空间，提高了操作系统的安全性和稳定性。
   

5. 请分别说明GDTR和LDTR的结构。

   GDTR和LDTR都是x86处理器中的寄存器，它们用于记录全局描述符表（GDT）和局部描述符表（LDT）在内存中的地址和大小信息。GDTR即全局描述符表寄存器（Global Descriptor Table Register），是由48位线性地址和16位限制大小组成的一个64位寄存器。其中，低16位表示GDT的限制大小（即GDT可存储的描述符数量），高48位表示GDT的起始地址。在x86处理器的保护模式下，GDTR的值由操作系统进行初始化，并且不应该被用户程序修改。LDTR即局部描述符表寄存器（Local Descriptor Table Register），是一个16位寄存器，它包含了当前任务（进程）所使用的局部描述符表的选择子，这个选择子指向一个LDT描述符。LDT描述符包含了LDT在内存中的起始地址和大小信息，其中LDT的大小限制最多为64KB。当需要在任务之间切换时，操作系统会根据任务的LDT选择子将对应的LDT加载到内存中，以便更改任务内存地址空间的映射关系，从而使程序得以运行。总之，GDTR和LDTR都是用于管理描述符表的寄存器，其中GDTR用于全局描述符表的地址和大小信息，LDTR用于局部描述符表的选择子和LDT大小和地址信息。它们是实现内存保护、虚拟内存和多任务等操作系统功能的基础。
   

6. 请说明GDT直接查找物理地址的具体步骤。

   PPT:
   如果是GDT查找方式，会从GDTR全局描述符表寄存器中获取全局描述符表首地址，利用选择子中高13位偏移量作为索引，从GDT中获取段描述符。如果查询合法且有权限，就会用**描述符中的段首地址+偏移量找到物理地址（线性地址）**在不分页的情况下，线性地址即物理地址
   

7. 请说明通过LDT查找物理地址的具体步骤。

   PPT:
   * 给出段选择子（放在段选择寄存器中）+ 偏移量
   * 若选择了LDT方式，则从GDTR获取GDT首地址，**用LDTR中的偏移量做偏移**，拿到GDT中的描述符1
   * 从描述符1中获取LDT首地址，用段选择子中的13位做偏移，拿到LDT中的描述符2
   * 如果合法且有权限，用描述符2中的段首地址加上1.中的偏移量找到物理地址。寻址结束
   

8. 根目录区大小一定么？扇区号是多少？为什么？

   根目录区的大小并不一定，它取决于磁盘容量、簇大小和根目录项大小等因素，不同的文件系统可能会有不同的根目录区大小限制。
   起始扇区号：1(引导) + 9（fat1）+9（fat2） = 19
   

9. 数据区第一个簇号是多少？为什么？

   默认情况下第一个簇号是2。因为0号簇表示这个目录项没有分配簇，1号簇被保留作为文件系统保留区域。因此，分配数据时需要跳过这两个号码。
   

10. FAT表的作用？

    FAT表的作用是记录存储设备上每个文件与相应数据所在簇的对应关系。* 12位地址，最大容量16MB* 为软盘设计的文件系统* FAT文件系统把存储介质看成一维的数组，基本单位是**簇**（cluster）存储介质被划分为3个区域：boot record、FAT、directory and data area**一个簇包含一个扇，大小为512B**
    

11. 解释静态链接的过程。 解释动态链接的过程。

    静态链接：静态链接是指在编译时将所有被使用的库函数（如标准 C 库）和对象文件都被拷贝到可执行文件中，生成一个完整的可执行文件。程序在运行时不需要再加载任何其他的外部库或对象文件，因为所有需要的代码都已经包含在可执行文件中。静态链接的过程如下：1.编译源代码，生成目标文件；
    2.把这些目标文件中的符号链接合并成一个可执行文件；
    3.把合并后的可执行文件中未定义的符号链接到系统提供的函数库中。它的主要缺点是它会增加可执行文件的大小，并且如果多个程序都使用相同的库，则会在磁盘上重复存储多次，浪费存储空间。动态链接：动态链接是指在程序运行时在内存中加载共享库，程序运行时只需要加载导入库的地址表，而不需要把整个库都加载到内存中，共享库的代码可以被不同的进程共享使用，从而节省系统资源。动态链接的过程如下：1.编译源代码时，不进行链接操作；
    2.运行程序时，系统会在内存中将程序的硬件指令读入，同时加载程序所需要的动态链接库。这些库会被映射到进程的地址空间中；
    3.进行重定位操作，动态链接库和主程序中的未定义符号进行链接，生成可执行文件；
    4.程序开始运行。它的主要优点是它可以减小可执行文件的大小，减少磁盘和内存空间的浪费。此外，动态链接可以提供更新和修复旧版本库的机制，带给了系统更大的灵活性。
    

12. 静态链接相关PPT中为什么使用ld链接⽽不是gcc？

    将.c文件编译成目标文件，但是gcc -c生成的.obj文件是只与源代码对应的，printf函数在源代码中是通过#include<stdio.h>引入的，相当于只有声明没有定义，-c选项指定了不进行链接过程，所以找不到printf函数
    需要ld添加参数来引用标准c库。不过简单的作法是把ld的过程交给gcc命令
    gcc -o
    

13. linux下可执行文件的虚拟地址空间默认从哪里开始分配。

    在Linux下，可执行文件的虚拟地址空间默认从0x08048000开始分配。这个地址被称为程序的“基地址（base address）”。在32位的Linux系统中，用户空间的地址范围是0x00000000-0xFFFFFFFF（共4GB），其中用户空间前1GB（0x00000000-0x3FFFFFFF）是保留给用户程序使用的，剩余部分则是保留给内核使用的。可执行文件在运行时，操作系统把可执行文件映射至进程的虚拟地址空间，其中text段、data段和bss段等代码和数据段从程序的基地址开始连续映射，堆、栈和共享库等则被映射到内存的相应位置。需要注意的是，基地址也可以通过动态链接或运行时链接的方式被修改，这通常需要在程序中显式声明或使用一些特定的链接选项。
    

实验相关内容

1. BPB指定字段的含义 ：见代码

2. 如何进⼊子目录并输出（说明方法调用）

3. 如何获得指定文件的内容，即如何获得数据区的内容（比如使用指针等）

4. 如何进行C代码和汇编之间的参数传递和返回值传递

   在C代码和汇编之间进行参数传递和返回值传递，需要使用一些特殊的方法和约定，具体步骤如下：1.参数传递1.1 C代码将参数按照调用约定（如cdecl、stdcall、fastcall等）压栈或者存放在寄存器中；
   1.2 C代码调用汇编函数时，传递参数的顺序和方式必须与被调用函数的参数类型和个数一致；
   1.3 汇编函数从栈顶或者寄存器中获取参数，并进行相应的操作；
   1.4 若需要将修改后的值返回给C代码，需要遵循相应的返回值传递约定。2.返回值传递2.1 汇编函数在处理过程中需要将返回值存放在某个特定的寄存器或者栈中；
   2.2 若返回值为单一的紧凑型数据类型（如整数、字符、指针等），则可直接将结果存放在紧凑型返回值寄存器或者栈中，返回时则直接读取即可；
   2.3 若返回值为结构体或其他较复杂的数据类型，则需要返回一个指向结果的指针或引用；
   2.4 若返回值需要通过栈传递，则需要对返回的栈空间进行内存管理和数据的提取。需要注意的是，C代码和汇编代码之间的参数传递、返回值传递等约定可能因操作系统、编译器、CPU架构等因素而异，需要根据具体情况进行设置和调整。在实际应用中，可以使用C声明的内联汇编（inline assembly）语句、宏指令、外部接口等方法实现C和汇编之间的交互和调用。
   

5. 汇编代码中对I/O的处理方式，说明指定寄存器所存值的含义

    *在主函数main.cpp中，调用myPrint函数时，会将字符串的起始地址（由指针p指向）作为参数传递给myPrint函数。* 在myPrint函数内部，由于参数传递采用的是cdecl调用约定，即先压栈后由调用者负责清理栈的方式，所以第一个参数p被压入栈中。* 然后，在my_print.asm中，首先将当前的栈帧指针ebp保存到堆栈中，* 再将栈指针移动到保存第一个参数的位置（ebp+8），即将p的地址保存到ecx寄存器中，* 然后将字符串的长度计算得出，并保存到edx寄存器中，* 接下来调用可打印sys_call，* 其中将打印的信息通过eax寄存器中的数值传递给了Linux系统的sys_call，* 1表示stdout流，print函数立即把消息写到控制台输出，最后通过pop指令恢复栈顶指针并返回。* 这样，myPrint函数内部的asm_print函数就完成了字符串的输出。
   

gcc + nasm

基础原理

• 如果函数的定义在其它文件，比如说你想要复用之前用汇编写的函数，那么要通过extern指定。（gcc如果发现函数只有声明没有定义，默认是extern，不需要专门指定了）

• gcc main.c 编译且链接或者链接

• gcc -c main.c 只编译，生成中间文件，链接时只要同时给出.c文件中没有给出的定义的代码就可以了

• gcc hello.c –o hello.bin其实是先编译成obj文件hello.out，再连接成hello.bin

  gcc编译生成的obj文件和nasm汇编生成的obj文件是统一的格式。

  所以，可以使用gcc编译c语言，nasm汇编汇编语言，最后使用链接器（通常是ld命令）将多个obj文件链接成可执行文件。

  但是，obj文件和可执行文件都是平台相关的，比如linux下面是ELF格式，mac下面是maco格式。

示例

主程序为c语言，子程序为一个函数，返回3个参数的最大值。

主程序为main.c文件

声明maxofthree函数，但不给出定义。（gcc会默认为extern）

子程序为func.asm文件

通过global关键字，表明这个标签是对外的函数标签。

通过global关键字，nasm在汇编时会把global的这个函数的信息写到中间文件里，链接器链接时就可以看到。

• 将.asm文件编译成目标文件
• 将.c文件编译成目标文件，但是gcc -c生成的.obj文件是只与源代码对应的，printf函数在源代码中是通过#include<stdio.h>引入的，相当于只有声明没有定义，-c选项指定了不进行链接过程，所以找不到printf函数
• 需要ld添加参数来引用标准c库。不过简单的作法是把ld的过程交给gcc命令，如下
• 运行‘

错误运行方式：

nasm -f elf -o func.o func.asm
gcc -c -o main.o main.c
ld -o hello main.o func.o
./hello

正确方式：

nasm -f elf -o func.o func.asm
gcc -o hello main.c func.o
./hello

安装库

• 64位ubuntu：首先安装32位库

sudo apt-get install gcc-multilib
nasm -f elf32 func.asm
gcc -m32 main.c func.o

• mac系统：nasm的参数需要修改为maco

• nasm -hf 可以查看各个平台的参数。

• windows为win32

• nasm 命令

  • 参见nasmdoc第二章

• gcc 命令

  • http://man.linuxde.net/gcc

静态链接与动态链接

• 静态链接：静态链接就是在编译链接时直接将需要的执行代码拷贝到调用处，使用静态链接生成的可执行文件体积较大，包含相同的公共代码，造成浪费

• 动态链接：使用这种方式的程序并不在一开始就完成动态链接，而是直到真正调用动态库代码(调用未被本文件实现的函数代码)时，载入程序才计算(被调用的那部分)动态代码的逻辑地址。

  这种方式使程序初始化时间较短，但运行期间的性能比不上静态链接的程序

• 静态链接是指在编译阶段直接把静态库加入到可执行文件中去，这样可执行文件会比较大。
  而动态链接则是指链接阶段仅仅只加入一些描述信息，而程序执行时再从系统中把相应动态库加载到内存中去。

动态链接两种方法

• 装载时动态链接：这种用法的前提是在编译之前已经明确知道要调用DLL中的哪几个函数，编译时在目标文件中只保留必要的链接信息，而不含DLL函数的代码；当程序执行时，调用函数的时候利用链接信息加载DLL函数代码并在内存中将其链接入调用程序的执行空间中(全部函数加载进内存），其主要目的是便于代码共享。（动态加载程序，处在加载阶段，主要为了共享代码，共享代码内存）
• 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking)：这种方式是指在编译之前并不知道将会调用哪些DLL函数，完全是在运行过程中根据需要决定应调用哪个函数，将其加载到内存中（只加载调用的函数进内存），并标识内存地址，其他程序也可以使用该程序，并用LoadLibrary和GetProcAddress动态获得DLL函数的入口地址。（dll在内存中只存在一份，处在运行阶段）

静态链接指令

my_lib为库

gcc -c my_lib.c -o my_lib.o
gcc -c test.c -o test.o

使用objdump –h查看test.o、my_lib.o(或libmylib.a)以及最终的可执行文件的所有节信息。

静态链接时发生了什么？

• 空间和地址分配

• 符号解析和重定位

  • 符号解析主要使用elf里面的符号表节来完成

    Elf格式文件符号表参考博客ELF格式文件符号表全解析及readelf命令使用方法_忧郁的废物_Addy的博客-CSDN博客

  • 一旦链接器完成符号解析这一步骤，它就把代码中的每一个符号引用和定义联系起来，在此时，链接器就知道它的输入目标文件中的代码节和数据节的确切大小，就可以进行重定位了，在这个步骤中将合并输入模块，并为每个符号分配运行时地址

重定位信息

执行指令

gcc –c a.c -o a.o
gcc –c b.c -o b.o
gcc -o ab a.o b.o
obdump -r a.o

• Offset：要修改的位置在.text节的偏移量
• Type：重定位类型
• Value：重定位符号的名称
• R_386_32：绝对寻址修正
• R_386_PC32：相对寻址修正

链接操作前，此时并没有分配存储器运行时地址，因为目前基址部分显示为00000000

链接操作后，静态链接操作之后就找到shared和swap的具体运行时地址了

重定位

重定位的工作就是修改偏移处的内容

静态链接指令

头文件信息：

运行命令：

gcc -fPIC -c my_lib.c -o my_lib.o
gcc -shared my_lib.o -o libd.so
gcc -c -g dynamic_a.c -o da.o
gcc -c -g dynamic_b.c -o db.o
gcc -o da da.o -L./ -ld
gcc -o db db.o -L./ -ld

• -fPIC 作用于编译阶段，告诉编译器产生与位置无关代码(Position-Independent Code)，则产生的代码中，没有绝对地址，全部使用相对地址，故而代码可以被加载器加载到内存的任意位置，都可以正确的执行。

• -shared：产生共享对象文件

• Dynamic_a.c和dynamic_b.c都调用了my_lib.c中的变量和函数，为了在内存中加载一次Lib.c，使a.c 和b.c共享，我们可以将my_lib.c编译成共享对象，共享的并不是my_lib.c中整个内容，而是特指共享他的代码部分

• 对于my_lib.c中的数据部分，每个进程都需要一份自己的拷贝，因为他们可能需要独立地修改my_lib.c中的数据

• 六个指令的最后两个，编译时还是要带上libd.so，因为虽然是动态链接，但是编译的时候总要告诉程序有函数和变量是动态链接，而他们的符号信息就在libd.so中，所以这里编译时还是要带上libd.so

• 执行时，操作系统会首先在我们的虚拟进程空间中加载进一个动态链接器，动态链接器帮我们完成链接任务，然后我们的程序就开始执行了

动态链接

1.动态链接器自举

动态链接器本身也是一个不依赖其他共享对象的共享对象，需要完成自举。

2.装载共享对象

将可执行文件和链接器自身的符号合并成为全局符号表，开始寻找依赖对象。加载对象的过程可以看做图的遍历过程；新的共享对象加载进来后，其符号将合并入全局符号表；加载完毕后，全局符号表将包含进程动态链接所需全部符号。

3.重定位和初始化

链接器遍历可执行文件和共享对象的重定位表，将它们GOT/PLT中每个需要重定位的位置进行修正。完成重定位后，链接器执行.init段的代码，进行共享对象特有的初始化过程（例如C++里全局对象的构造函数）。

4.转交控制权

完成所有工作，将控制权转交给程序的入口开始执行。

ref：https://www.cnblogs.com/linhaostudy/p/10544917.html

《程序员的自我修养》——链接、装载与库

动态链接的指令

ldd: 查看引用的动态库的链接和名字

objdump和readelf：查看目标代码，查看各节地址和符号表等信息

gdb:调试，查看运行时地址等信息

cat /proc/pid/maps: 查看内存映像，其中pid为进程id。可以看到是否正确加载到所需要的动态库以及程序的内存分布。

实模式和保护模式

• 实模式：基地址+偏移量可以直接获得物理地址的模式

  • 缺点：非常不安全

• 保护模式：不能直接拿到物理地址，需要进行地址转换

  • 从80286开始，是现代操作系统的主要模式

选择子

放在段选择寄存器里

• 低2位表示请求特权级

• 第3位表示选择GDT还是LDT方式

• 高13位表示在描述符表中的偏移

• 故描述符表的项数最多是2的13次方

段描述符

是GDT或LDT描述符表中的一个数据结构项

包含了一个段的大小、位置、特权级别等信息

每个段描述符占用8byte，64bit，包含段基地址、段线长、段属性等

• 段基址：开始地址，线性地址，偏移为0
• 段线长：长度，最大可用
• DPL：描述符特权级，目标段特权集
• CPL：当前段特权集
• GDT：全局描述符表，是全局唯一的。
  • 存放一些公用的描述符，和包含各进程局部描述符表首地址的描述符。
• LDT：局部描述符表，每个进程都可以有一个。
  • 存放本进程内使用的描述符。
• GDTR：全局描述符表寄存器
  • 48位寄存器，高32位放置GDT首地址，低16位放置GDT限长
  • 限长决定了可寻址的大小，注意低16位放的不是选择子
• LDTR：16位寄存器，放置一个特殊的选择子，用于查找当前进程的LDT首地址。

GDT查询物理地址

给出段选择子和偏移量

段选择子在段选择寄存器中

查询方式

如果是GDT查找方式，会从GDTR全局描述符表寄存器中获取全局描述符表首地址，利用选择子中高13位偏移量作为索引，从GDT中获取段描述符。如果查询合法且有权限，就会用描述符中的段首地址+偏移量找到物理地址（线性地址）

在不分页的情况下，线性地址即物理地址

• 给出段选择子（放在段选择寄存器里）+ 偏移量

• 若选择了GDT方式，则从GDTR获取GDT首地址，用段选择子中的13位做偏 移，拿到GDT中的描述符

• 如果合法且有权限，用描述符中的段首地址加上1.中的偏移量找到物理地址, 寻址结束

LDT查询物理地址

查询方式

• 给出段选择子（放在段选择寄存器中）+ 偏移量
• 若选择了LDT方式，则从GDTR获取GDT首地址，用LDTR中的偏移量做偏移，拿到GDT中的描述符1
• 从描述符1中获取LDT首地址，用段选择子中的13位做偏移，拿到LDT中的描述符2
• 如果合法且有权限，用描述符2中的段首地址加上1.中的偏移量找到物理地址。寻址结束

FAT12

FAT（File Allocation Table）文件配置表。用来记录文件所在位置的表格。假若丢失文件分配表，那么硬盘上的数据就会因无法定位而无法使用。

在DOS v1.0时代就引入了，是最基本的文件系统之一。

FAT家族：FAT12、FAT16、FAT32、ExFAT、VFAT

FAT12介绍

• 12位地址，最大容量16MB

• 为软盘设计的文件系统

• FAT文件系统把存储介质看成一维的数组，基本单位是簇（cluster）

  存储介质被划分为3个区域：boot record、FAT、directory and data area

  一个簇包含一个扇区，大小为512B

FAT结构

Boot Record

引导扇区包含了数据和代码，数据被称为BPB（BIOS Parameter Block）

• FAT1和FAT2互为备份。

• 文件分配表被划分为紧密排列的若干个表项，每个表项都与数据区中的一个簇相对应，而且表项的序号也是与簇号一一对应的。

• 每12位成为一个FAT项(FATEntry)，代表一个簇。所以2个FAT项会占用3个字节

• **在1.44M软盘上，FAT前三个字节的值是固定的0xF0、0xFF、0xFF，用于表示这是一个应用在1.44M软盘上的FAT12文件系统。**本来序号为0和1的FAT表项应该对应于簇0和簇1，但是由于这两个表项被设置成了固定值，簇0和簇1就没有存在的意义了，所以数据区就起始于簇2

• FAT项的值代表文件的下一个簇号

• 值大于或等于0xFF8，表示当前簇已经是本文件的最后一个簇值为0xFF7， 表示它是一个坏簇

读取过程

目录区

根目录区由目录项（entry）组成，一个目录项占32个字节。

如果文件名过长，在原本的目录项前面会立即跟一个LFN项，同样也是32个字节。

• 数据区开始扇区号=根目录开始扇区号+根目录所占扇区数。

• 若为目录，格式同根目录项。

• https://wiki.osdev.org/FAT#File_Allocation_Table

  https://blog.csdn.net/qq_39654127/article/details/88429461#main-toc

制作FAT12镜像

Linux

1.在当前目录(.)下创建一个新的软盘镜像a.img

 mkfs.fat -C a.img 1440

• 1440：大小
• -C：创建一个新的文件
• mkfs.fat：创建fat类型镜像

2.在当前目录下创建一个新目录(./mount)作为挂载点

 mkdir mount

3.将镜像./a.img挂载到./mount下

 sudo mount a.img mount

• 然后就可以在挂载目录添加文件，可以从文件夹操作读取镜像的内容
• 挂载目录进行操作需要root权限

实验要求

实验内容 - FAT12镜像查看工具

用C/C++和nasm编写一个FAT12镜像查看工具，读取一个.img格式的文件并响 应用户输入。

功能列表

[见文件]

实验过程

创建结构体

• BS_jmpBoot：从上表可以看出，在引导程序的起始处，首先定义的是BS_jmpBoot字段。从字面意思可知，它是一句跳转代码，这是由于BS_jmpBoot字段后面的数据不是可执行程序，而是FAT12文件系统的组成结构信息，故此必须跳过这部分内容。字段长度为3，说明汇编代码jmp short Label_start;nop经过编译后，一共生成三个字节的机器码，其中nop会生成一个字节的机器码，jmp shortLabel_start会生成两个字节的机器码。
• BS_OEMName：记录制造商的名字，亦可自行为文件系统命名。
• BPB_SecPerClus：描述了每簇扇区数。由于每个扇区的容量只有512B，过小的扇区容量可能会导致软盘读写次数过于频繁，从而引入簇(Cluster)这个概念。簇将2的整数次方个扇区作为一个“原子”数据存储单元，也就是说簇是FAT类文件系统的最小数据存储单位。
• BPB_RsvdsecCnt：指定保留扇区的数量，此域值不能为0。保留扇区起始于FAT12文件系统的第一个扇区，对于FAT12而言此位必须为1，也就意味着引导扇区包含在保留扇区内，所以FAT表从软盘的第二个扇区开始。
• BPB_NumFATs：指定FAT12文件系统中FAT表的份数，任何FAT类文件系统都建议此域设置为2。设置为2主要是为了给FAT表准备一个备份表，因此FAT表1与FAT表2内的数据是一样的，FAT表2是FAT表1的数据备份表。
• BPB_RootEntCnt：指定根目录可容纳的目录项数。对于FAT12文件系统而言，这个数值乘以32必须是BPB_BytesPersec的偶数倍。
• BPB_Totsec16：记录着总扇区数。这里的总扇区数包括保留扇区（内含引导扇区)、FAT表、根目录区以及数据区占用的全部扇区数，如果此域值为0，那么BPB_Totsec32字段必须是非0值。
• BPB_Media：描述存储介质类型。对于不可移动的存储介质而言，标准值是0xF8。对于可移动的存储介质，常用值为0xF0，此域的合法值是0xF0、0xF8、0xF9、0xFA、0xFB、0xFC、0xFD、0xFE、0xFF：另外提醒一点，无论该字段写入了什么数值，同时也必须向FAT[O]的低字节写入相同值。
• BPB_FATSz16：记录着FAT表占用的扇区数。FAT表1和FAT表2拥有相同的容量，它们的容量均由此值记录。
• Bs_volLab：指定卷标。它就是Windows或Linux系统中显示的磁盘名。
• BS_FilesysType：描述文件系统类型。此处的文件系统类型值为’FAT12 '，这个类型值只是一个字符串而已，操作系统并不使用该字段来鉴别FAT类文件系统的类型。

#include <cstdlib>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <sstream>using namespace std;
extern "C" {void asm_print(const char *, const int);
}typedef unsigned char u8;    //1字节
typedef unsigned short u16;    //2字节
typedef unsigned int u32;    //4字节const char *ERR_PARAMETER_WRONG = "error: The parameter of ls is wrong!\n";
const char *ERR_HAS_PATH = "error: already has path;\n";
const char *ERR_COMMAND_WRONG = "error: command not found!\n";
const char *ERR_NO_DIR = "error: cant find the dir!\n";
const char *ERR_NO_FILE = "error: cant find the file!\n";
const char *ERR_CANT_OPEN = "error:file can not open!\n";//global：方便调用int BytsPerSec;    //每扇区字节数
int SecPerClus;    //每簇扇区数
int RsvdSecCnt;    //Boot记录占用的扇区数
int NumFATs;       //共有多少FAT表
int RootEntCnt;    //根目录最大文件数
int FATSz;         //每FAT扇区数//需要被传入my_print打印的内容
string str_print;/*** push和pop类似于栈操作中的意思，* 到push时，之前的状态将被保存，到pop时，原先的状态再“弹出”，即恢复到原来的对齐状态。* 通过将默认对齐设为1，我们可以保证结构体中的变量到了二进制文件中时，也是“一个挨一个”的，* 这样我们以字节流的方式读入数据时，就能保证他们被放到自己应该被放到的位置上去。*/
#pragma pack(push)
#pragma pack(1)//偏移11个字节：前11字节不需要
//BPB为引导扇区结构信息：
struct BPB {u16 BPB_BytsPerSec;    //每扇区字节数u8 BPB_SecPerClus;    //每簇扇区数u16 BPB_RsvdSecCnt;    //Boot记录占用的扇区数u8 BPB_NumFATs;    //FAT表个数u16 BPB_RootEntCnt;    //根目录最大文件数u16 BPB_TotSec16;        //扇区总数u8 BPB_Media;        //介质描述符u16 BPB_FATSz16;    //FAT扇区数u16 BPB_SecPerTrk;  //  每磁道扇区数（Sector/track）u16 BPB_NumHeads;    //磁头数（面数）u32 BPB_HiddSec;    //隐藏扇区数u32 BPB_TotSec32;    //如果BPB_FATSz16为0，该值为FAT扇区数
};
//BPB至此结束，长度25字节//创建 RootEntry 结构体类型：对应根目录区
struct RootEntry {char DIR_Name[11];u8 DIR_Attr;        //文件属性u8 reserve[10];ushort DIR_WrtTime;//最后一次写入时间ushort DIR_WrtDate;//最后一次写入日期ushort DIR_FstClus; //开始簇号uint DIR_FileSize;
};#pragma pack(pop)
//链表的node类
class Node {public:string name;        //名字vector<Node *> next;    //下一级目录的Node数组string path;            //记录path，便于打印操作u32 FileSize;            //文件大小bool isfile = false;        //是文件还是目录bool isval = true;            //用于标记是否是.和..int dir_count = 0;            //记录下一级有多少目录int file_count = 0;            //记录下一级有多少文件char *content = new char[10000]{NULL};        //存放文件内容
};

处理命令行

• 打开FAT12的映像文件

• 创建根节点

• 载入BPB：fillBPB(fat12, bpb_ptr);

• 初始化各个全局变量和RootEntry

• 构建文件链表：ReadFiles(fat12, rootEntry_ptr, root);

• 解析输入的命令：

  • 第一次split，按空格分割：split(input, inputCommandList, ’ ')
  • 删除数组中空格产生的空位置

• 处理exit：exit 退出情况

• 是ls系列命令：

  • ls后面无内容：最直接printList(root);
  • ls后面有内容：
    • 三个flag：hasL hasPath error
    • 遍历所有参数：-l可以出现在任意位置、任意多次
    • 出现不是-的，则只可能是路径，路径只能出现一次
      • if已经hasPath了，报错，error为true
      • else还没有路径参数：需要在路径前后确认有无/，没有需要加上：pathAdd(inputCommandList[i])
    • 是-，说明是ls -参数
      • if ls -后面为空：报错，error为true
      • else不为空
        • ls -后面不是l，报错，error为true
        • hasL为true
    • 如果error为true，本行命令不执行
    • 接下来是ls -l的处理：
      • 新创建一个flag：exist，exist == 1有L没有path；exist == 2没有L有path && 文件，无法打开
      • 有hasL没有Path：exist为1：printList_L(root);
      • 没有hasL有Path（ls NJU）： *printListWithPath(root, path, exist, false);
      • 有hasL有Path：*printListWithPath(root, path, exist, true);
      • 没有hasL没有Path：**printList(root);**并跳到下一个命令执行
      • exist == 0： **myPrint(ERR_NO_DIR);**并跳到下一个命令执行
      • exist == 2：**myPrint(ERR_CANT_OPEN);**并跳到下一个命令执行

• 是cat指令

• cat path

  • cat后无参数或者参数过多,error

• 其他错误的不支持的指令

• 报错

main.cpp

int main(int argc, char *argv[]) {//user地址需要替换/***user地址需要替换*/string img = "/home/user/OS-Lab/lab2/1/a.img";FILE *fat12;fat12 = fopen("./a.img", "rb");    //打开FAT12的映像文件struct BPB bpb;//bpb_ptr是指向BPB的指针struct BPB *bpb_ptr = &bpb;//创建根节点Node *root = new Node();root->name = "";root->path = "/";//载入BPBfillBPB(fat12, bpb_ptr);//初始化各个全局变量BytsPerSec = bpb_ptr->BPB_BytsPerSec;SecPerClus = bpb_ptr->BPB_SecPerClus;RsvdSecCnt = bpb_ptr->BPB_RsvdSecCnt;NumFATs = bpb_ptr->BPB_NumFATs;RootEntCnt = bpb_ptr->BPB_RootEntCnt;if (bpb_ptr->BPB_FATSz16 != 0) {FATSz = bpb_ptr->BPB_FATSz16;} else {//BPB_FATSz16为0，该值为FAT扇区数FATSz = bpb_ptr->BPB_TotSec32;}struct RootEntry rootEntry;struct RootEntry *rootEntry_ptr = &rootEntry;   //pointer of rootEntryReadFiles(fat12, rootEntry_ptr, root);//*****构建文件链表while (true) {   //解析输入的命令//cout << "> ";myPrint(">");string input;getline(cin, input);vector<string> inputCommandList;split(input, inputCommandList, ' ');for (auto it = inputCommandList.begin(); it != inputCommandList.end();) {//删除数组中空格产生的空位置if (*it == "") {it = inputCommandList.erase(it);} else {it++;}}if (inputCommandList[0].compare("exit") == 0) {//exit 退出情况myPrint("Exit accept！exe down.\n");fclose(fat12);return 0;} else if (inputCommandList[0].compare("ls") == 0) {//ls系列命令//情况1: lsif (inputCommandList.size() == 1) {printList(root);} else {bool hasL = false;bool hasPath = false;bool error = false;string *path = NULL;for (int i = 1; i < inputCommandList.size(); i++) {//遍历所有参数string s = inputCommandList[i];// -l可以出现在任意位置、任意多次if (s[0] != '-') {// != - 则只可能是路径，路径只能出现一次//路径if (hasPath) {//路径出现多次myPrint(ERR_HAS_PATH);error = true;break;} else {//还没有路径参数hasPath = true;//需要在路径前后确认有无///没有需要加上pathAdd(inputCommandList[i]);path = &inputCommandList[i];}} else {//ls -参数if (s.length() == 1) {//ls -后面为空：报错myPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);error = true;break;}//不为空for (int j = 1; j < s.length(); j++) {if (s[j] != 'l') {//不为ls -l：报错error = true;myPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);break;}}hasL = true;}}if (error) {continue;}//情况2  ls -lint exist = 0; //exist == 1有L没有path exist == 2没有L有path && 文件，无法打开if (hasL && !hasPath) {exist = 1;printList_L(root);} else if (!hasL && hasPath) {//情况3 ls NJUprintListWithPath(root, *path, exist, false);} else if (hasL && hasPath) {printListWithPath(root, *path, exist, true);} else {//！hasL && !hashPathprintList(root);continue;}if (exist == 0) {myPrint(ERR_NO_DIR);continue;} else if (exist == 2) {myPrint(ERR_CANT_OPEN);continue;}}} else if (inputCommandList[0].compare("cat") == 0) {//cat系列命令//输出文件名对应文件的内容，若路径不存在或不是一个普通文件则报错，给出提示if (inputCommandList.size() == 2 && inputCommandList[1][0] != '-') {//cat pathint exist = 0;pathAdd(inputCommandList[1]);Cat(root, inputCommandList[1], exist);   //执行catif (exist == 0) {myPrint(ERR_NO_FILE);continue;} else if (exist == 2) {myPrint(ERR_CANT_OPEN);continue;}} else {//cat后无参数或者参数过多,errormyPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);continue;}} else {//错误命令myPrint(ERR_COMMAND_WRONG);continue;}}return 0;
}

split(const string &s, vector &sv, const char flag)

void split(const string &s, vector<string> &sv, const char flag) {sv.clear();//初始化输入字符串流istringstreamistringstream iss(s);string temp;//使用 getline 函数通过 iss 对字符串进行分割while (getline(iss, temp, flag)) {sv.push_back(temp);}return;
}

pathAdd

void pathAdd(string &s) {//给path的首尾加上'/'if (s[0] != '/') {s = "/" + s;}if (s[s.length() - 1] != '/') {s += '/';}
}

读取软盘文件系统信息

载入BPB：

fillBPB(fat12, bpb_ptr)：

void fillBPB(FILE *fat12, struct BPB *bpb_ptr) {  //读取boot信息int check;//BPB从偏移11个字节处开始//C 库函数 int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence)// 设置流 stream 的文件位置为给定的偏移 offset，参数 offset 意味着从给定的 whence 位置查找的字节数。check = fseek(fat12, 11, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in fillBPB failed!\n");//BPB长度为25字节check = fread(bpb_ptr, 1, 25, fat12);if (check != 25)myPrint("fread in fillBPB failed!\n");
}

构建文件链表：在根目录中查找目标文件

ReadFiles(fat12, rootEntry_ptr, root)

• 读文件的base基质的单位都是字节

• 读出来的文件用DIR_Attr&0x10判断，结果为0是文件，否则为文件夹

• 文件：

  • 文件的名字中间空格用“.”代替
  • 新建该文件的节点，并将其加入父节点的子结点集合中，子节点数量自增
  • 每个节点的path默认加上/作为结尾
  • 读取文件的内容：getFileContent(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);

• 目录

  • 把目录名提取出来放到了realName
  • creatDirectoryNode(son, fatherNode);
  • 读取目录的内容：readChildren(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);

ReadFiles(FILE *fat12, struct RootEntry *rootEntry_ptr, Node *fatherNode)

void ReadFiles(FILE *fat12, struct RootEntry *rootEntry_ptr, Node *fatherNode) {//根目录首字节的偏移数//base = （boot扇区数 + fat数量 * 每个fat表占用扇区数） * 每个扇区字节数int base = (RsvdSecCnt + NumFATs * FATSz) * BytsPerSec;int check;char realName[12];    //暂存文件名//依次处理根目录中的各个条目for (int i = 0; i < RootEntCnt; i++) {check = fseek(fat12, base, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in printFiles failed!\n");//每个元素1byte，一共32元素，即一个根目录区的目录项check = fread(rootEntry_ptr, 1, 32, fat12);if (check != 32)myPrint("fread in printFiles failed!\n");//base后移32bytebase += 32;if (rootEntry_ptr->DIR_Name[0] == '\0') continue;    //空条目不输出//过滤非目标文件int boolean = 0;for (int j = 0; j < 11; j++) {if (!(((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 48) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 57)) ||((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 65) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 90)) ||((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 97) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 122)) ||(rootEntry_ptr->DIR_Name[j] == ' '))) {boolean = 1;    //非英文及数字、空格break;}}if (boolean == 1) continue;    //非目标文件不输出int k;   //名字的处理//用DIR_Attr&0x10判断，结果为0是文件，否则为文件夹。//文件 0x20 文件夹0x10if ((rootEntry_ptr->DIR_Attr & 0x10) == 0) {//文件//从0开始int name_len = -1;      //name_len中存储了是name的下标for (k = 0; k < 11; k++) {if (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] != ' ') {name_len++;realName[name_len] = rootEntry_ptr->DIR_Name[k];} else {//name[k]为空，名字加上. ，跳过剩下的空格name_len++;realName[name_len] = '.';while (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] == ' ') k++;k--;}}name_len++;realName[name_len] = '\0';//到此为止，把文件名提取出来放到了realName里//新建该文件的节点，并将其加入父节点的子结点集合中Node *son = new Node();fatherNode->next.push_back(son);  //存到father的next数组中son->name = realName;son->FileSize = rootEntry_ptr->DIR_FileSize;son->isfile = true;//每个节点的path默认加上/作为结尾son->path = fatherNode->path + realName + "/";fatherNode->file_count++;getFileContent(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);//读取文件的内容} else {//目录int tempLong = -1;for (k = 0; k < 11; k++) {if (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] != ' ') {tempLong++;realName[tempLong] = rootEntry_ptr->DIR_Name[k];} else {tempLong++;realName[tempLong] = '\0';break;}}    //到此为止，把目录名提取出来放到了realNameNode *son = new Node();fatherNode->next.push_back(son);son->name = realName;son->path = fatherNode->path + realName + "/";fatherNode->dir_count++;creatDirectoryNode(son, fatherNode);//输出目录及子文件readChildren(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);  //读取目录的内容}}
}

creatDirectoryNode(son, fatherNode);

void creatDirectoryNode(Node *p, Node *father) {//每个目录里自带 . 和 ..Node *q = new Node();q->name = ".";q->isval = false;p->next.push_back(q);q = new Node();q->name = "..";q->isval = false;p->next.push_back(q);
}

readChildren(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);

• getFATValue(fat12, currentClus);//查FAT表获取下一个簇号
  • 0xFF8：最后一个簇；0xFF7：坏簇
• 按照每簇的字节数读取内容：几乎和readFile的内容差不多
• 用查表查到的下一个簇号作为地址继续读取，直到读到最后，一个根目录区的目录里的内容全部读完了，建成树林存储起来了

void readChildren(FILE *fat12, int startClus, Node *father) {//数据区的第一个簇（即2号簇）的偏移字节int dataBase = BytsPerSec * (RsvdSecCnt + FATSz * NumFATs + (RootEntCnt * 32 + BytsPerSec - 1) / BytsPerSec);int currentClus = startClus;int value = 0;//value用来查看是否存在多个簇（查FAT表）while (value < 0xFF8) {value = getFATValue(fat12, currentClus);//查FAT表获取下一个簇号if (value == 0xFF7) {myPrint("坏簇，读取失败!\n");break;}int startByte = dataBase + (currentClus - 2) * SecPerClus * BytsPerSec;int check;int count = SecPerClus * BytsPerSec;    //每簇的字节数int loop = 0;while (loop < count) {int i;RootEntry sonEntry;//读取目录项RootEntry *sonEntryP = &sonEntry;check = fseek(fat12, startByte + loop, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in readchildren failed!\n");check = fread(sonEntryP, 1, 32, fat12);if (check != 32)myPrint("fread in readchildren failed!\n");//读取完毕loop += 32;if (sonEntryP->DIR_Name[0] == '\0')continue;//空条目不输出//过滤非目标文件int j;int boolean = 0;for (j = 0; j < 11; j++) {if (!(((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 48) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 57)) ||((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 65) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 90)) ||((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 97) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 122)) ||(sonEntryP->DIR_Name[j] == ' '))) {boolean = 1;    //非英文及数字、空格break;}}if (boolean == 1)continue;if ((sonEntryP->DIR_Attr & 0x10) == 0) {//文件处理char tempName[12];    //暂存替换空格为点后的文件名int k;int tempLong = -1;for (k = 0; k < 11; k++) {if (sonEntryP->DIR_Name[k] != ' ') {tempLong++;tempName[tempLong] = sonEntryP->DIR_Name[k];} else {tempLong++;tempName[tempLong] = '.';while (sonEntryP->DIR_Name[k] == ' ') k++;k--;}}tempLong++;tempName[tempLong] = '\0';    //到此为止，把文件名提取出来放到tempName里Node *son = new Node();father->next.push_back(son);son->name = tempName;son->FileSize = sonEntryP->DIR_FileSize;son->isfile = true;son->path = father->path + tempName + "/";father->file_count++;getFileContent(fat12, sonEntryP->DIR_FstClus, son);} else {char tempName[12];int count = -1;for (int k = 0; k < 11; k++) {if (sonEntryP->DIR_Name[k] != ' ') {count++;tempName[count] = sonEntryP->DIR_Name[k];} else {count++;tempName[count] = '\0';}}Node *son = new Node();father->next.push_back(son);son->name = tempName;son->path = father->path + tempName + "/";father->dir_count++;creatDirectoryNode(son, father);readChildren(fat12, sonEntryP->DIR_FstClus, son);}}currentClus = value;//下一个簇}
}

getFATValue(fat12, currentClus)

int getFATValue(FILE *fat12, int num) {//FAT1的偏移字节int fatBase = RsvdSecCnt * BytsPerSec;//FAT项的偏移字节//一个fat项1.5字节int fatPos = fatBase + num * 3 / 2;//奇偶FAT项处理方式不同，分类进行处理，从0号FAT项开始//type == 0 偶数//typ3 == 1 奇数int type = 0;if (num % 2 == 0) {type = 0;} else {type = 1;}//先读出FAT项所在的两个字节u16 bytes;u16 *bytes_ptr = &bytes;int check;check = fseek(fat12, fatPos, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in getFATValue failed!");check = fread(bytes_ptr, 1, 2, fat12);if (check != 2)myPrint("fread in getFATValue failed!");//u16为short，结合存储的小尾顺序和FAT项结构可以得到//wiki的写法if (type == 0) {bytes = bytes << 4;   //这里原文错误，原理建议看网上关于FAT表的文章return bytes >> 4;} else {return bytes >> 4;}
}

getFileContent(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);

void getFileContent(FILE *fat12, int startClus, Node *son) {//获取文件内容//步骤：//  （1）在根目录区查找目标文件对应的项//  （2）获取目标文件的起始簇号和文件大小//  （3）根据FAT表中记录的逻辑先后关系读取数据//计算每簇的字节数，每个区域的初始位置的偏移量。//每簇字节数 = 每簇扇区数 * 每扇区字节数。//fatBase = Boot记录占用的扇区数 * 每扇区字节数//fileRootBase =（Boot记录占用的扇区数+FAT表个数 * FAT扇区数）* 每扇区字节数//dataBase =（Boot记录占用的扇区数+FAT表个数 * FAT扇区数 +（根目录最大文件数* 32byte + 每扇区字节数 - 1）/ 每扇区字节数）* 每扇区字节数。//数据区的偏移量又乘又除可不可以等于fileRootBase+根目录最大文件数*32？不行！//dataBase初始位置 = FileRootBase最后一个簇的结束位置。如果根目录没有填满最后一个簇，数据区也是从下一个簇开始的，而不是默认于最后一个根目录的结束位置开始。//用 "（根目录最大文件数 * 32 + 每扇区字节数 - 1）/ 每扇区字节数 "可以得到根目录区占用的真正扇区数。//原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43242836/article/details/103056431int dataBase = BytsPerSec * (RsvdSecCnt + FATSz * NumFATs + (RootEntCnt * 32 + BytsPerSec - 1) / BytsPerSec);int currentClus = startClus;int value = 0;        //这里用value来进行不同簇的读取（超过512字节）char *p = son->content;if (startClus == 0) {return;}//while循环读取簇，即便大于512byte也可以，直到该文件的最后一个簇while (value < 0xFF8) {//如果表项值大于等于0xFF8，则说明已经到达最后一个簇value = getFATValue(fat12, currentClus);//获取下一个簇if (value == 0xFF7) {myPrint("坏簇，读取失败!\n");break;}char *str = (char *) malloc(SecPerClus * BytsPerSec);    //暂存从簇中读出的数据，大小为每簇扇区数 * 每扇区字节数char *content = str;// 字节开始处 = 数据基址 + （目前簇 - 2）* 每簇扇区数 * 每扇区字节数// 数据区起始地址所对应的编号为2（不为0）（有了起始地址，这里可以用偏移地址）// FAT12文件系统的前两个簇是固定簇，而实际表示数据的簇号——或者更确切的说，是FAT12表项的序号从2开始，实际表示数据的“簇”仍然是从0开始。int startByte = dataBase + (currentClus - 2) * SecPerClus * BytsPerSec;int check;check = fseek(fat12, startByte, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in printChildren failed!");check = fread(content, 1, SecPerClus * BytsPerSec, fat12);//提取数据//fread:return the number of items read or written.  This number equals the number of bytes transferred only  when size  is 1.//  If an error occurs, or the end of the file is reached, the return value is a short item count (or zero)if (check != SecPerClus * BytsPerSec)myPrint("fread in printChildren failed!");int count = SecPerClus * BytsPerSec;int loop = 0;for (int i = 0; i < count; i++) {//读取赋值*p = content[i];p++;}free(str);currentClus = value;}
}

根目录区的大小和位置

根目录区的目录项

​ 根目录区由目录项构成，每一个目录项代表根目录中的一个文件索引。

读取目标文件到内存的注意事项

加载FAT12中的文件数据

小贴士

• FAT表中的每个表项只占用12比特（1.5字节）

• FAT表一共记录了BPB_BytsPerSec * 9 * 2 / 3个表项 (9个扇区 * 512 /1.5)

• 可以使用一个short表示一个表项的值

• 如果表项值大于等于0xFF8，则说明已经到达最后一个簇

• 如果表项值等于0xFF7，则说明当前簇已经损坏

• 数据区起始簇（扇区）号为33，地址为0x4200（33 * 512）

• 数据区起始地址所对应的编号为2（不为0）（有了起始地址，这里可以用偏移地址）

FAT12文件系统的前两个簇是固定簇，而实际表示数据的簇号——或者更确切的说，是FAT12表项的序号从2开始，实际表示数据的“簇”仍然是从0开始。

- 因此，DIR_FstClus对应的地址为：0×4200+（DIR_FstClus-2）*512

计算每簇的字节数，每个区域的初始位置的偏移量：

每簇字节数 = 每簇扇区数 * 每扇区字节数。

fatBase = Boot记录占用的扇区数 * 每扇区字节数

fileRootBase =（Boot记录占用的扇区数+FAT表个数 * FAT扇区数）* 每扇区字节数

dataBase =（Boot记录占用的扇区数+FAT表个数 * FAT扇区数+（根目录最大文件数* 32+每扇区字节数-1）/每扇区字节数）* 每扇区字节数。

数据区的偏移量又乘又除是不是吃饱了撑的0.0？可不可以等于fileRootBase+根目录最大文件数*32？

不行！

dataBase初始位置=FileRootBase最后一个簇的结束位置。如果根目录没有填满最后一个簇，数据区也是从下一个簇开始的，而不是默认于最后一个根目录的结束位置开始。

用 （根目录最大文件数 32+每扇区字节数-1）/每扇区字节数* 可以得到根目录区占用的真正扇区数。

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43242836/article/details/103056431

又：读取fat项内容的时候最好参照wiki百科的写法，有一些PPT和CSDN上的图是有点问题的

打印

打印的过程也是查找的过程：

如果需要打印，就把string放入str_print，然后传给 myPrint(str_print.c_str())，最后clear str_print

查找带路径的节点：cat与printListWithPath相同的逻辑

• 如果递归前发现需要的路径source和目前root的path相同，则判断是否为文件，如果文件内容不为空，就打印
• 如果没找到：
  • 判读是否需要的路径source长度已经小于目前root的path，如果是，则不可能在后面的子结点找到；如果不是，则继续
  • 判断是否当前节点的path部分与source相同，如果相同则继续递归查询当前节点的所有符合子结点；如果不同，则返回

void printList(Node *r) {Node *father = r;//通过root节点，遍历所有的节点if (father->isfile == true) {return;} else {//首先输出路径名，加一个冒号: , 换行，再输出路径下的文件和目录列表。路径下的目录包括. 和..//cout << father->path << ":" << endl;str_print = father->path + ":\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//打印每个next//使用红色(\033[31m)颜色输出目录名，不添加特殊颜色输出文件的文件名。Node *node;int lens = father->next.size();for (int i = 0; i < lens; i++) {node = father->next[i];//当用户不添加任何选项执行ls命令时，每个文件/目录项之间用两个空格隔开。if (!node->isfile) {// 文件夹// cout << "\033[31m" << node->name << "\033[0m" << "  ";// cout << node->name << "  ";str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  ";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();} else {// 文件// cout << node->name << "  ";str_print = node->name + "  ";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}}//cout << endl;str_print = "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//进行递归for (int i = 0; i < lens; i++) {if (father->next[i]->isval) {printList(father->next[i]);}}}}
void printList_L(Node *root) {Node *father = root;if (father->isfile) {//如果该Node是文件，不处理return;} else {//在路径名后，冒号前，另输出此目录下直接子目录和直接子文件的数目，两个数字之间用空格连接。两个数字不添加特殊颜色//cout << father->path <<" "<<father->dir_count<<" "<<father->file_count<< ":" << endl;str_print = father->path + " " + to_string(father->dir_count) + " " + to_string(father->file_count) + ":\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//打印每个nextNode *node;int lens = father->next.size();for (int i = 0; i < lens; i++) {node = father->next[i];if (!node->isfile) {// 文件夹//   cout << "\033[31m" <<node->name << "\033[0m" << "  ";if (node->isval) {// 若项为目录，输出此目录下直接子目录和直接子文件的数目，// 两个数字之间用空格连接。这两个数字不添加特殊颜色// cout << node->name << "  " << node->dir_count << " " << node->file_count << endl;// 用红色( \033[31m )颜色输出目录名str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  " + to_string(node->dir_count) + " " +to_string(node->file_count) + "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();} else {//处理. ..//cout << node->name << "  "<<endl;str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  \n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}} else {// 文件// cout << node->name << "  " << node->FileSize << endl;str_print = node->name + "  " + to_string(node->FileSize) + "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}}//cout << endl;myPrint("\n");//进行递归for (int i = 0; i < lens; i++) {//不输出.和..目录的子目录和子文件数目if (father->next[i]->isval) printList_L(father->next[i]);}}
}
void printListWithPath(Node *root, string path, int &exist, bool hasL) {if (path.compare(root->path) == 0) {  //路径完全相同，说明就是该节点//查找到if (root->isfile) {//如果是文件，无法打开exist = 2;return;} else {exist = 1;//状态正常，无需报错if (hasL) {printList_L(root);} else {printList(root);}}return;}if (path.length() <= root->path.length()) {  //出现该情况直接出去return;}string temp = path.substr(0, root->path.length());//截取输入的path的部分字符串，和当前节点的path比较，如果相同，说明目标在该节点下级if (temp.compare(root->path) == 0) {//路径部分匹配for (Node *q: root->next) {//递归查找，找到就打印printListWithPath(q, path, exist, hasL);}}
}
void Cat(Node *root, string source, int &exist) {//与printListWithPath相同的逻辑//如果递归前发现需要的路径source和目前root的path相同，则判断是否为文件，如果文件内容不为空，就打印//如果没找到：//判读是否需要的路径source长度已经小于目前root的path，如果是，则不可能在后面的子结点找到；如果不是，则继续//判断是否当前节点的path部分与source相同，如果相同则继续递归查询当前节点的所有符合子结点；如果不同，则返回if (source.compare(root->path) == 0) {//查找到if (root->isfile) {exist = 1;if (root->content[0] != 0) {//cout << root->content << endl;myPrint(root->content);myPrint("\n");}return;} else {exist = 2;return;}}if (source.length() <= root->path.length()) {return;}string temp = source.substr(0, root->path.length());if (temp.compare(root->path) == 0) {//路径部分匹配for (Node *node: root->next) {Cat(node, source, exist);}}
}

*myPrint(const char p)

void myPrint(const char *p) {asm_print(p, strlen(p));
}

实验完全代码

#include <cstdlib>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <sstream>using namespace std;
/*** 首先，使用了extern "C"语法，指定了函数asm_print使用C语言的命名规则* （由于C++采用了name mangling技术，会将函数名改编成其所在类及参数类型等信息的组合，与C语言的不同），* 使得编译器在链接时能够正确的找到asm_print函数的定义。* 因此，在C程序中通过声明extern “C” void asm_print(const char *, const int)来声明asm_print函数，* 然后就可以像C语言一样调用该函数，* 从而将C程序与用汇编语言实现的asm_print函数联系起来，实现C++程序调用asm_print函数的功能。*/
extern "C" {void asm_print(const char *, const int);
}
typedef unsigned char u8;    //1字节
typedef unsigned short u16;    //2字节
typedef unsigned int u32;    //4字节const char *ERR_PARAMETER_WRONG = "error: The parameter of ls is wrong!\n";
const char *ERR_HAS_PATH = "error: already has path;\n";
const char *ERR_COMMAND_WRONG = "error: command not found!\n";
const char *ERR_NO_DIR = "error: cant find the dir!\n";
const char *ERR_NO_FILE = "error: cant find the file!\n";
const char *ERR_CANT_OPEN = "error:file can not open!\n";//globalint BytsPerSec;    //每扇区字节数
int SecPerClus;    //每簇扇区数
int RsvdSecCnt;    //Boot记录占用的扇区数
int NumFATs;       //共有多少FAT表
int RootEntCnt;    //根目录最大文件数
int FATSz;         //每FAT扇区数string str_print;/*** push和pop类似于栈操作中的意思，* 到push时，之前的状态将被保存，到pop时，原先的状态再“弹出”，即恢复到原来的对齐状态。* 通过将默认对齐设为1，我们可以保证结构体中的变量到了二进制文件中时，也是“一个挨一个”的，* 这样我们以字节流的方式读入数据时，就能保证他们被放到自己应该被放到的位置上去。*/
#pragma pack(push)
#pragma pack(1)//偏移11个字节
struct BPB {u16 BPB_BytsPerSec;    //每扇区字节数u8 BPB_SecPerClus;    //每簇扇区数u16 BPB_RsvdSecCnt;    //Boot记录占用的扇区数u8 BPB_NumFATs;    //FAT表个数u16 BPB_RootEntCnt;    //根目录最大文件数u16 BPB_TotSec16;        //扇区总数u8 BPB_Media;        //介质描述符u16 BPB_FATSz16;    //FAT扇区数u16 BPB_SecPerTrk;  //  每磁道扇区数（Sector/track）u16 BPB_NumHeads;    //磁头数（面数）u32 BPB_HiddSec;    //隐藏扇区数u32 BPB_TotSec32;    //如果BPB_FATSz16为0，该值为FAT扇区数
};
//BPB至此结束，长度25字节
//创建 RootEntry 结构体类型
struct RootEntry {char DIR_Name[11];u8 DIR_Attr;        //文件属性u8 reserve[10];ushort DIR_WrtTime;ushort DIR_WrtDate;ushort DIR_FstClus; //开始簇号uint DIR_FileSize;
};#pragma pack(pop)class Node {//链表的node类
public:string name;        //名字vector<Node *> next;    //下一级目录的Node数组string path;            //记录path，便于打印操作u32 FileSize;            //文件大小bool isfile = false;        //是文件还是目录bool isval = true;            //用于标记是否是.和..int dir_count = 0;            //记录下一级有多少目录int file_count = 0;            //记录下一级有多少文件char *content = new char[10000]{NULL};        //存放文件内容
};void fillBPB(FILE *fat12, struct BPB *bpb_ptr);    //载入BPB
void myPrint(const char *p);
void ReadFiles(FILE *fat12, struct RootEntry *rootEntry_ptr, Node *fatherNode);
void split(const string &s, vector<string> &sv, const char flag);
void getFileContent(FILE *fat12, int startClus, Node *son);
int getFATValue(FILE *fat12, int num);
void creatDirectoryNode(Node *p, Node *father);
void readChildren(FILE *fat12, int startClus, Node *father);
void printList(Node *r);
void pathAdd(string &s);
void printList_L(Node *root);
void printListWithPath(Node *root, string path, int &exist, bool hasL);
void Cat(Node *root, string source, int &exist);int main(int argc, char *argv[]) {string img = "xxxx/xxxx/xxxx";FILE *fat12;fat12 = fopen("./a.img", "rb");    //打开FAT12的映像文件struct BPB bpb;struct BPB *bpb_ptr = &bpb;//创建根节点Node *root = new Node();root->name = "";root->path = "/";//载入BPBfillBPB(fat12, bpb_ptr);//初始化各个全局变量BytsPerSec = bpb_ptr->BPB_BytsPerSec;SecPerClus = bpb_ptr->BPB_SecPerClus;RsvdSecCnt = bpb_ptr->BPB_RsvdSecCnt;NumFATs = bpb_ptr->BPB_NumFATs;RootEntCnt = bpb_ptr->BPB_RootEntCnt;if (bpb_ptr->BPB_FATSz16 != 0) {FATSz = bpb_ptr->BPB_FATSz16;} else {//BPB_FATSz16为0，该值为FAT扇区数FATSz = bpb_ptr->BPB_TotSec32;}struct RootEntry rootEntry;struct RootEntry *rootEntry_ptr = &rootEntry;   //pointer of rootEntryReadFiles(fat12, rootEntry_ptr, root);//*****构建文件链表while (true) {   //解析输入的命令//cout << "> ";myPrint(">");string input;getline(cin, input);vector<string> inputCommandList;split(input, inputCommandList, ' ');for (auto it = inputCommandList.begin(); it != inputCommandList.end();) {//删除数组中空格产生的空位置if (*it == "") {it = inputCommandList.erase(it);} else {it++;}}if (inputCommandList[0].compare("exit") == 0) {//exit 退出情况myPrint("Exit accept！exe down.\n");fclose(fat12);return 0;} else if (inputCommandList[0].compare("ls") == 0) {//ls系列命令//情况1: lsif (inputCommandList.size() == 1) {printList(root);} else {bool hasL = false;bool hasPath = false;bool error = false;string *path = NULL;for (int i = 1; i < inputCommandList.size(); i++) {//遍历所有参数string s = inputCommandList[i];// -l可以出现在任意位置、任意多次if (s[0] != '-') {// != - 则只可能是路径，路径只能出现一次//路径if (hasPath) {//路径出现多次myPrint(ERR_HAS_PATH);error = true;break;} else {//还没有路径参数hasPath = true;//需要在路径前后确认有无///没有需要加上pathAdd(inputCommandList[i]);path = &inputCommandList[i];}} else {//ls -参数if (s.length() == 1) {//ls -后面为空：报错myPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);error = true;break;}//不为空for (int j = 1; j < s.length(); j++) {if (s[j] != 'l') {//不为ls -l：报错error = true;myPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);break;}}hasL = true;}}if (error) {continue;}//情况2  ls -lint exist = 0; //exist == 1有L没有path exist == 2没有L有path && 文件，无法打开if (hasL && !hasPath) {exist = 1;printList_L(root);} else if (!hasL && hasPath) {//情况3 ls NJUprintListWithPath(root, *path, exist, false);} else if (hasL && hasPath) {printListWithPath(root, *path, exist, true);} else {//！hasL && !hashPathprintList(root);continue;}if (exist == 0) {myPrint(ERR_NO_DIR);continue;} else if (exist == 2) {myPrint(ERR_CANT_OPEN);continue;}}} else if (inputCommandList[0].compare("cat") == 0) {//cat系列命令//输出文件名对应文件的内容，若路径不存在或不是一个普通文件则报错，给出提示if (inputCommandList.size() == 2 && inputCommandList[1][0] != '-') {//cat pathint exist = 0;pathAdd(inputCommandList[1]);Cat(root, inputCommandList[1], exist);   //执行catif (exist == 0) {myPrint(ERR_NO_FILE);continue;} else if (exist == 2) {myPrint(ERR_CANT_OPEN);continue;}} else {//cat后无参数或者参数过多,errormyPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);continue;}} else {//错误命令myPrint(ERR_COMMAND_WRONG);continue;}}return 0;
}void fillBPB(FILE *fat12, struct BPB *bpb_ptr) {  //读取boot信息int check;//BPB从偏移11个字节处开始//C 库函数 int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence)// 设置流 stream 的文件位置为给定的偏移 offset，参数 offset 意味着从给定的 whence 位置查找的字节数。check = fseek(fat12, 11, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in fillBPB failed!\n");//BPB长度为25字节check = fread(bpb_ptr, 1, 25, fat12);if (check != 25)myPrint("fread in fillBPB failed!\n");
}
/*** 在主函数main.cpp中，调用myPrint函数时，会将字符串的起始地址（由指针p指向）作为参数传递给myPrint函数。* 在myPrint函数内部，由于参数传递采用的是cdecl调用约定，即先压栈后由调用者负责清理栈的方式，所以第一个参数p被压入栈中。* 然后，在my_print.asm中，首先将当前的栈帧指针ebp保存到堆栈中，* 再将栈指针移动到保存第一个参数的位置（ebp+8），即将p的地址保存到ecx寄存器中，* 然后将字符串的长度计算得出，并保存到edx寄存器中，* 接下来调用可打印sys_call，* 其中将打印的信息通过eax寄存器中的数值传递给了Linux系统的sys_call，* 1表示stdout流，print函数立即把消息写到控制台输出，最后通过pop指令恢复栈顶指针并返回。* 这样，myPrint函数内部的asm_print函数就完成了字符串的输出。* @param p*/
void myPrint(const char *p) {asm_print(p, strlen(p));
}
void pathAdd(string &s) {//给path的首尾加上'/'if (s[0] != '/') {s = "/" + s;}if (s[s.length() - 1] != '/') {s += '/';}
}
void ReadFiles(FILE *fat12, struct RootEntry *rootEntry_ptr, Node *fatherNode) {//根目录首字节的偏移数//base = （boot扇区数 + fat数量 * 每个fat表占用扇区数） * 每个扇区字节数int base = (RsvdSecCnt + NumFATs * FATSz) * BytsPerSec;int check;char realName[12];    //暂存文件名//依次处理根目录中的各个条目for (int i = 0; i < RootEntCnt; i++) {check = fseek(fat12, base, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in printFiles failed!\n");//每个元素1byte，一共32元素，即一个根目录区的目录项check = fread(rootEntry_ptr, 1, 32, fat12);if (check != 32)myPrint("fread in printFiles failed!\n");//base后移32bytebase += 32;if (rootEntry_ptr->DIR_Name[0] == '\0') continue;    //空条目不输出//过滤非目标文件int boolean = 0;for (int j = 0; j < 11; j++) {if (!(((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 48) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 57)) ||((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 65) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 90)) ||((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 97) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 122)) ||(rootEntry_ptr->DIR_Name[j] == ' '))) {boolean = 1;    //非英文及数字、空格break;}}if (boolean == 1) continue;    //非目标文件不输出int k;   //名字的处理//用DIR_Attr&0x10判断，结果为0是文件，否则为文件夹。//文件 0x20 文件夹0x10if ((rootEntry_ptr->DIR_Attr & 0x10) == 0) {//文件//从0开始int name_len = -1;      //name_len中存储了是name的下标for (k = 0; k < 11; k++) {if (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] != ' ') {name_len++;realName[name_len] = rootEntry_ptr->DIR_Name[k];} else {//name[k]为空，名字加上. ，跳过剩下的空格name_len++;realName[name_len] = '.';while (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] == ' ') k++;k--;}}name_len++;realName[name_len] = '\0';//到此为止，把文件名提取出来放到了realName里//新建该文件的节点，并将其加入父节点的子结点集合中Node *son = new Node();fatherNode->next.push_back(son);  //存到father的next数组中son->name = realName;son->FileSize = rootEntry_ptr->DIR_FileSize;son->isfile = true;//每个节点的path默认加上/作为结尾son->path = fatherNode->path + realName + "/";fatherNode->file_count++;getFileContent(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);//读取文件的内容} else {//目录int tempLong = -1;for (k = 0; k < 11; k++) {if (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] != ' ') {tempLong++;realName[tempLong] = rootEntry_ptr->DIR_Name[k];} else {tempLong++;realName[tempLong] = '\0';break;}}    //到此为止，把目录名提取出来放到了realNameNode *son = new Node();fatherNode->next.push_back(son);son->name = realName;son->path = fatherNode->path + realName + "/";fatherNode->dir_count++;creatDirectoryNode(son, fatherNode);//输出目录及子文件readChildren(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);  //读取目录的内容}}
}
void creatDirectoryNode(Node *p, Node *father) {//每个目录里自带 . 和 ..Node *q = new Node();q->name = ".";q->isval = false;p->next.push_back(q);q = new Node();q->name = "..";q->isval = false;p->next.push_back(q);
}
void readChildren(FILE *fat12, int startClus, Node *father) {//数据区的第一个簇（即2号簇）的偏移字节int dataBase = BytsPerSec * (RsvdSecCnt + FATSz * NumFATs + (RootEntCnt * 32 + BytsPerSec - 1) / BytsPerSec);int currentClus = startClus;int value = 0;//value用来查看是否存在多个簇（查FAT表）while (value < 0xFF8) {value = getFATValue(fat12, currentClus);//查FAT表获取下一个簇号if (value == 0xFF7) {myPrint("坏簇，读取失败!\n");break;}int startByte = dataBase + (currentClus - 2) * SecPerClus * BytsPerSec;int check;int count = SecPerClus * BytsPerSec;    //每簇的字节数int loop = 0;while (loop < count) {int i;RootEntry sonEntry;//读取目录项RootEntry *sonEntryP = &sonEntry;check = fseek(fat12, startByte + loop, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in readchildren failed!\n");check = fread(sonEntryP, 1, 32, fat12);if (check != 32)myPrint("fread in readchildren failed!\n");//读取完毕loop += 32;if (sonEntryP->DIR_Name[0] == '\0')continue;//空条目不输出//过滤非目标文件int j;int boolean = 0;for (j = 0; j < 11; j++) {if (!(((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 48) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 57)) ||((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 65) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 90)) ||((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 97) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 122)) ||(sonEntryP->DIR_Name[j] == ' '))) {boolean = 1;    //非英文及数字、空格break;}}if (boolean == 1)continue;if ((sonEntryP->DIR_Attr & 0x10) == 0) {//文件处理char tempName[12];    //暂存替换空格为点后的文件名int k;int tempLong = -1;for (k = 0; k < 11; k++) {if (sonEntryP->DIR_Name[k] != ' ') {tempLong++;tempName[tempLong] = sonEntryP->DIR_Name[k];} else {tempLong++;tempName[tempLong] = '.';while (sonEntryP->DIR_Name[k] == ' ') k++;k--;}}tempLong++;tempName[tempLong] = '\0';    //到此为止，把文件名提取出来放到tempName里Node *son = new Node();father->next.push_back(son);son->name = tempName;son->FileSize = sonEntryP->DIR_FileSize;son->isfile = true;son->path = father->path + tempName + "/";father->file_count++;getFileContent(fat12, sonEntryP->DIR_FstClus, son);} else {char tempName[12];int count = -1;for (int k = 0; k < 11; k++) {if (sonEntryP->DIR_Name[k] != ' ') {count++;tempName[count] = sonEntryP->DIR_Name[k];} else {count++;tempName[count] = '\0';}}Node *son = new Node();father->next.push_back(son);son->name = tempName;son->path = father->path + tempName + "/";father->dir_count++;creatDirectoryNode(son, father);readChildren(fat12, sonEntryP->DIR_FstClus, son);}}currentClus = value;//下一个簇}
}
void split(const string &s, vector<string> &sv, const char flag) {sv.clear();//初始化输入字符串流istringstreamistringstream iss(s);string temp;//使用 getline 函数通过 iss 对字符串进行分割while (getline(iss, temp, flag)) {sv.push_back(temp);}return;
}void printList(Node *r) {Node *father = r;//通过root节点，遍历所有的节点if (father->isfile == true) {return;} else {//首先输出路径名，加一个冒号: , 换行，再输出路径下的文件和目录列表。路径下的目录包括. 和..//cout << father->path << ":" << endl;str_print = father->path + ":\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//打印每个next//使用红色(\033[31m)颜色输出目录名，不添加特殊颜色输出文件的文件名。Node *node;int lens = father->next.size();for (int i = 0; i < lens; i++) {node = father->next[i];//当用户不添加任何选项执行ls命令时，每个文件/目录项之间用两个空格隔开。if (!node->isfile) {// 文件夹// cout << "\033[31m" << node->name << "\033[0m" << "  ";// cout << node->name << "  ";str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  ";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();} else {// 文件// cout << node->name << "  ";str_print = node->name + "  ";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}}//cout << endl;str_print = "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//进行递归for (int i = 0; i < lens; i++) {if (father->next[i]->isval) {printList(father->next[i]);}}}}
void printList_L(Node *root) {Node *father = root;if (father->isfile) {//如果该Node是文件，不处理return;} else {//在路径名后，冒号前，另输出此目录下直接子目录和直接子文件的数目，两个数字之间用空格连接。两个数字不添加特殊颜色//cout << father->path <<" "<<father->dir_count<<" "<<father->file_count<< ":" << endl;str_print = father->path + " " + to_string(father->dir_count) + " " + to_string(father->file_count) + ":\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//打印每个nextNode *node;int lens = father->next.size();for (int i = 0; i < lens; i++) {node = father->next[i];if (!node->isfile) {// 文件夹//   cout << "\033[31m" <<node->name << "\033[0m" << "  ";if (node->isval) {// 若项为目录，输出此目录下直接子目录和直接子文件的数目，// 两个数字之间用空格连接。这两个数字不添加特殊颜色// cout << node->name << "  " << node->dir_count << " " << node->file_count << endl;// 用红色( \033[31m )颜色输出目录名str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  " + to_string(node->dir_count) + " " +to_string(node->file_count) + "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();} else {//处理. ..//cout << node->name << "  "<<endl;str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  \n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}} else {// 文件// cout << node->name << "  " << node->FileSize << endl;str_print = node->name + "  " + to_string(node->FileSize) + "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}}//cout << endl;myPrint("\n");//进行递归for (int i = 0; i < lens; i++) {//不输出.和..目录的子目录和子文件数目if (father->next[i]->isval) printList_L(father->next[i]);}}
}
void printListWithPath(Node *root, string path, int &exist, bool hasL) {if (path.compare(root->path) == 0) {  //路径完全相同，说明就是该节点//查找到if (root->isfile) {//如果是文件，无法打开exist = 2;return;} else {exist = 1;//状态正常，无需报错if (hasL) {printList_L(root);} else {printList(root);}}return;}if (path.length() <= root->path.length()) {  //出现该情况直接出去return;}string temp = path.substr(0, root->path.length());//截取输入的path的部分字符串，和当前节点的path比较，如果相同，说明目标在该节点下级if (temp.compare(root->path) == 0) {//路径部分匹配for (Node *q: root->next) {//递归查找，找到就打印printListWithPath(q, path, exist, hasL);}}
}
void Cat(Node *root, string source, int &exist) {//与printListWithPath相同的逻辑//如果递归前发现需要的路径source和目前root的path相同，则判断是否为文件，如果文件内容不为空，就打印//如果没找到：//判读是否需要的路径source长度已经小于目前root的path，如果是，则不可能在后面的子结点找到；如果不是，则继续//判断是否当前节点的path部分与source相同，如果相同则继续递归查询当前节点的所有符合子结点；如果不同，则返回if (source.compare(root->path) == 0) {//查找到if (root->isfile) {exist = 1;if (root->content[0] != 0) {//cout << root->content << endl;myPrint(root->content);myPrint("\n");}return;} else {exist = 2;return;}}if (source.length() <= root->path.length()) {return;}string temp = source.substr(0, root->path.length());if (temp.compare(root->path) == 0) {//路径部分匹配for (Node *node: root->next) {Cat(node, source, exist);}}
}
/**** @param fat12* @param startClus ： 开始簇号* @param son*/
void getFileContent(FILE *fat12, int startClus, Node *son) {//获取文件内容//步骤：//  （1）在根目录区查找目标文件对应的项//  （2）获取目标文件的起始簇号和文件大小//  （3）根据FAT表中记录的逻辑先后关系读取数据//计算每簇的字节数，每个区域的初始位置的偏移量。//每簇字节数 = 每簇扇区数 * 每扇区字节数。//fatBase = Boot记录占用的扇区数 * 每扇区字节数//fileRootBase =（Boot记录占用的扇区数+FAT表个数 * FAT扇区数）* 每扇区字节数//dataBase =（Boot记录占用的扇区数+FAT表个数 * FAT扇区数 +（根目录最大文件数* 32byte + 每扇区字节数 - 1）/ 每扇区字节数）* 每扇区字节数。//数据区的偏移量又乘又除可不可以等于fileRootBase+根目录最大文件数*32？不行！//dataBase初始位置 = FileRootBase最后一个簇的结束位置。如果根目录没有填满最后一个簇，数据区也是从下一个簇开始的，而不是默认于最后一个根目录的结束位置开始。//用 "（根目录最大文件数 * 32 + 每扇区字节数 - 1）/ 每扇区字节数 "可以得到根目录区占用的真正扇区数。//原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43242836/article/details/103056431int dataBase = BytsPerSec * (RsvdSecCnt + FATSz * NumFATs + (RootEntCnt * 32 + BytsPerSec - 1) / BytsPerSec);int currentClus = startClus;int value = 0;        //这里用value来进行不同簇的读取（超过512字节）char *p = son->content;if (startClus == 0) {return;}//while循环读取簇，即便大于512byte也可以，直到该文件的最后一个簇while (value < 0xFF8) {//如果表项值大于等于0xFF8，则说明已经到达最后一个簇value = getFATValue(fat12, currentClus);//获取下一个簇if (value == 0xFF7) {myPrint("坏簇，读取失败!\n");break;}char *str = (char *) malloc(SecPerClus * BytsPerSec);    //暂存从簇中读出的数据，大小为每簇扇区数 * 每扇区字节数char *content = str;// 字节开始处 = 数据基址 + （目前簇 - 2）* 每簇扇区数 * 每扇区字节数// 数据区起始地址所对应的编号为2（不为0）（有了起始地址，这里可以用偏移地址）// FAT12文件系统的前两个簇是固定簇，而实际表示数据的簇号——或者更确切的说，是FAT12表项的序号从2开始，实际表示数据的“簇”仍然是从0开始。int startByte = dataBase + (currentClus - 2) * SecPerClus * BytsPerSec;int check;check = fseek(fat12, startByte, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in printChildren failed!");check = fread(content, 1, SecPerClus * BytsPerSec, fat12);//提取数据//fread:return the number of items read or written.  This number equals the number of bytes transferred only  when size  is 1.//  If an error occurs, or the end of the file is reached, the return value is a short item count (or zero)if (check != SecPerClus * BytsPerSec)myPrint("fread in printChildren failed!");int count = SecPerClus * BytsPerSec;int loop = 0;for (int i = 0; i < count; i++) {//读取赋值*p = content[i];p++;}free(str);currentClus = value;}
}
int getFATValue(FILE *fat12, int num) {//FAT1的偏移字节int fatBase = RsvdSecCnt * BytsPerSec;//FAT项的偏移字节//一个fat项1.5字节int fatPos = fatBase + num * 3 / 2;//奇偶FAT项处理方式不同，分类进行处理，从0号FAT项开始//type == 0 偶数//typ3 == 1 奇数int type = 0;if (num % 2 == 0) {type = 0;} else {type = 1;}//先读出FAT项所在的两个字节u16 bytes;u16 *bytes_ptr = &bytes;int check;check = fseek(fat12, fatPos, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in getFATValue failed!");check = fread(bytes_ptr, 1, 2, fat12);if (check != 2)myPrint("fread in getFATValue failed!");//u16为short，结合存储的小尾顺序和FAT项结构可以得到//wiki的写法if (type == 0) {bytes = bytes << 4;   //这里原文错误，原理建议看网上关于FAT表的文章return bytes >> 4;} else {return bytes >> 4;}
}

可以使用…的版本

#include <cstdlib>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <sstream>using namespace std;
/*** 首先，使用了extern "C"语法，指定了函数asm_print使用C语言的命名规则* （由于C++采用了name mangling技术，会将函数名改编成其所在类及参数类型等信息的组合，与C语言的不同），* 使得编译器在链接时能够正确的找到asm_print函数的定义。* 因此，在C程序中通过声明extern “C” void asm_print(const char *, const int)来声明asm_print函数，* 然后就可以像C语言一样调用该函数，* 从而将C程序与用汇编语言实现的asm_print函数联系起来，实现C++程序调用asm_print函数的功能。*/
extern "C" {void asm_print(const char *, const int);
}
typedef unsigned char u8;    //1字节
typedef unsigned short u16;    //2字节
typedef unsigned int u32;    //4字节const char *ERR_PARAMETER_WRONG = "error: The parameter of ls is wrong!\n";
const char *ERR_HAS_PATH = "error: already has path;\n";
const char *ERR_COMMAND_WRONG = "error: command not found!\n";
const char *ERR_NO_DIR = "error: cant find the dir!\n";
const char *ERR_NO_FILE = "error: cant find the file!\n";
const char *ERR_CANT_OPEN = "error:file can not open!\n";//globalint BytsPerSec;    //每扇区字节数
int SecPerClus;    //每簇扇区数
int RsvdSecCnt;    //Boot记录占用的扇区数
int NumFATs;       //共有多少FAT表
int RootEntCnt;    //根目录最大文件数
int FATSz;         //每FAT扇区数string str_print;/*** push和pop类似于栈操作中的意思，* 到push时，之前的状态将被保存，到pop时，原先的状态再“弹出”，即恢复到原来的对齐状态。* 通过将默认对齐设为1，我们可以保证结构体中的变量到了二进制文件中时，也是“一个挨一个”的，* 这样我们以字节流的方式读入数据时，就能保证他们被放到自己应该被放到的位置上去。*/
#pragma pack(push)
#pragma pack(1)//偏移11个字节
struct BPB {u16 BPB_BytsPerSec;    //每扇区字节数u8 BPB_SecPerClus;    //每簇扇区数u16 BPB_RsvdSecCnt;    //Boot记录占用的扇区数u8 BPB_NumFATs;    //FAT表个数u16 BPB_RootEntCnt;    //根目录最大文件数u16 BPB_TotSec16;        //扇区总数u8 BPB_Media;        //介质描述符u16 BPB_FATSz16;    //FAT扇区数u16 BPB_SecPerTrk;  //  每磁道扇区数（Sector/track）u16 BPB_NumHeads;    //磁头数（面数）u32 BPB_HiddSec;    //隐藏扇区数u32 BPB_TotSec32;    //如果BPB_FATSz16为0，该值为FAT扇区数
};
//BPB至此结束，长度25字节
//创建 RootEntry 结构体类型
struct RootEntry {char DIR_Name[11];u8 DIR_Attr;        //文件属性u8 reserve[10];ushort DIR_WrtTime;ushort DIR_WrtDate;ushort DIR_FstClus; //开始簇号uint DIR_FileSize;
};#pragma pack(pop)class Node {//链表的node类
public:string name;        //名字vector<Node *> next;    //下一级目录的Node数组string path;            //记录path，便于打印操作u32 FileSize;            //文件大小bool isfile = false;        //是文件还是目录bool isval = true;            //用于标记是否是.和..int dir_count = 0;            //记录下一级有多少目录int file_count = 0;            //记录下一级有多少文件char *content = new char[10000]{NULL};        //存放文件内容
};bool findFileName(Node *root, string name);     //判断是否有文件或者文件夹
void fillBPB(FILE *fat12, struct BPB *bpb_ptr);    //载入BPB
void myPrint(const char *p);
void ReadFiles(FILE *fat12, struct RootEntry *rootEntry_ptr, Node *fatherNode);
void split(const string &s, vector<string> &sv, const char flag);
void getFileContent(FILE *fat12, int startClus, Node *son);
int getFATValue(FILE *fat12, int num);
void creatDirectoryNode(Node *p, Node *father);
void readChildren(FILE *fat12, int startClus, Node *father);
void printList(Node *r);
void pathAdd(string &s);
void printList_L(Node *root);
void printListWithPath(Node *root, string path, int &exist, bool hasL);
void Cat(Node *root, string source, int &exist);int main(int argc, char *argv[]) {string img = "xxxx/xxxx/xxxx";FILE *fat12;fat12 = fopen("./a.img", "rb");    //打开FAT12的映像文件struct BPB bpb;struct BPB *bpb_ptr = &bpb;//创建根节点Node *root = new Node();root->name = "";root->path = "/";//载入BPBfillBPB(fat12, bpb_ptr);//初始化各个全局变量BytsPerSec = bpb_ptr->BPB_BytsPerSec;SecPerClus = bpb_ptr->BPB_SecPerClus;RsvdSecCnt = bpb_ptr->BPB_RsvdSecCnt;NumFATs = bpb_ptr->BPB_NumFATs;RootEntCnt = bpb_ptr->BPB_RootEntCnt;if (bpb_ptr->BPB_FATSz16 != 0) {FATSz = bpb_ptr->BPB_FATSz16;} else {//BPB_FATSz16为0，该值为FAT扇区数FATSz = bpb_ptr->BPB_TotSec32;}struct RootEntry rootEntry;struct RootEntry *rootEntry_ptr = &rootEntry;   //pointer of rootEntryReadFiles(fat12, rootEntry_ptr, root);//*****构建文件链表while (true) {   //解析输入的命令//cout << "> ";myPrint(">");string input;getline(cin, input);vector<string> inputCommandList;split(input, inputCommandList, ' ');for (auto it = inputCommandList.begin(); it != inputCommandList.end();) {//删除数组中空格产生的空位置if (*it == "") {it = inputCommandList.erase(it);} else {it++;}}if (inputCommandList[0].compare("exit") == 0) {//exit 退出情况myPrint("Exit accept！exe down.\n");fclose(fat12);return 0;} else if (inputCommandList[0].compare("ls") == 0) {//ls系列命令//情况1: lsif (inputCommandList.size() == 1) {printList(root);} else {bool hasL = false;bool hasPath = false;bool error = false;bool isroot = false;string *path = NULL;for (int i = 1; i < inputCommandList.size(); i++) {//遍历所有参数string s = inputCommandList[i];// -l可以出现在任意位置、任意多次if (s[0] != '-') {// != - 则只可能是路径，路径只能出现一次//路径if (hasPath) {//路径出现多次myPrint(ERR_HAS_PATH);error = true;break;} else {//还没有路径参数hasPath = true;//需要在路径前后确认有无///没有需要加上pathAdd(inputCommandList[i]);vector<string> inputpath;split(inputCommandList[i], inputpath, '/');string newpath = "/";vector<string> *add = new vector<string>;//遍历树，看是否有对应的路径名for (int j = 1; j < inputpath.size(); j++) {if (inputpath[j].compare("..") != 0) {if (!findFileName(root, inputpath[j])) {error = true;myPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);break;}}}//第一个是空，因为例如/nju/..会产生一个空for (int j = 1; j < inputpath.size(); j++) {if(inputpath[j].compare("..") == 0) {if (add->size() != 0) {add->pop_back();}} else {add->push_back(inputpath[j]);}}if(!error) {if (add->empty()) {} else {for (int j = 0; j < add->size(); j++) {newpath = newpath + add->at(j) + "/" ;}}path = &newpath;}}} else {//ls -参数if (s.length() == 1) {//ls -后面为空：报错myPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);error = true;break;}//不为空for (int j = 1; j < s.length(); j++) {if (s[j] != 'l') {//不为ls -l：报错error = true;myPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);break;}}hasL = true;}}if (error) {continue;}//情况2  ls -lint exist = 0; //exist == 1有L没有path exist == 2没有L有path && 文件，无法打开if (hasL && !hasPath) {exist = 1;printList_L(root);} else if (!hasL && hasPath) {//情况3 ls NJUprintListWithPath(root, *path, exist, false);} else if (hasL && hasPath) {printListWithPath(root, *path, exist, true);} else {//！hasL && !hashPathprintList(root);continue;}if (exist == 0) {myPrint(ERR_NO_DIR);continue;} else if (exist == 2) {myPrint(ERR_CANT_OPEN);continue;}}} else if (inputCommandList[0].compare("cat") == 0) {//cat系列命令//输出文件名对应文件的内容，若路径不存在或不是一个普通文件则报错，给出提示if (inputCommandList.size() == 2 && inputCommandList[1][0] != '-') {//cat pathint exist = 0;pathAdd(inputCommandList[1]);Cat(root, inputCommandList[1], exist);   //执行catif (exist == 0) {myPrint(ERR_NO_FILE);continue;} else if (exist == 2) {myPrint(ERR_CANT_OPEN);continue;}} else {//cat后无参数或者参数过多,errormyPrint(ERR_PARAMETER_WRONG);continue;}} else {//错误命令myPrint(ERR_COMMAND_WRONG);continue;}}return 0;
}bool findFileName(Node *root, string name) {if (root->name.compare(name) == 0) {return true;}bool flag = false;for (int i = 0; i < root->next.size(); i++) {if(findFileName(root->next.at(i), name)) {flag = true;break;}}return flag;
}
void fillBPB(FILE *fat12, struct BPB *bpb_ptr) {  //读取boot信息int check;//BPB从偏移11个字节处开始//C 库函数 int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence)// 设置流 stream 的文件位置为给定的偏移 offset，参数 offset 意味着从给定的 whence 位置查找的字节数。check = fseek(fat12, 11, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in fillBPB failed!\n");//BPB长度为25字节check = fread(bpb_ptr, 1, 25, fat12);if (check != 25)myPrint("fread in fillBPB failed!\n");
}
/*** 在主函数main.cpp中，调用myPrint函数时，会将字符串的起始地址（由指针p指向）作为参数传递给myPrint函数。* 在myPrint函数内部，由于参数传递采用的是cdecl调用约定，即先压栈后由调用者负责清理栈的方式，所以第一个参数p被压入栈中。* 然后，在my_print.asm中，首先将当前的栈帧指针ebp保存到堆栈中，* 再将栈指针移动到保存第一个参数的位置（ebp+8），即将p的地址保存到ecx寄存器中，* 然后将字符串的长度计算得出，并保存到edx寄存器中，* 接下来调用可打印sys_call，* 其中将打印的信息通过eax寄存器中的数值传递给了Linux系统的sys_call，* 1表示stdout流，print函数立即把消息写到控制台输出，最后通过pop指令恢复栈顶指针并返回。* 这样，myPrint函数内部的asm_print函数就完成了字符串的输出。* @param p*/
void myPrint(const char *p) {asm_print(p, strlen(p));
}
void pathAdd(string &s) {//给path的首尾加上'/'if (s[0] != '/') {s = "/" + s;}if (s[s.length() - 1] != '/') {s += '/';}
}
void ReadFiles(FILE *fat12, struct RootEntry *rootEntry_ptr, Node *fatherNode) {//根目录首字节的偏移数//base = （boot扇区数 + fat数量 * 每个fat表占用扇区数） * 每个扇区字节数int base = (RsvdSecCnt + NumFATs * FATSz) * BytsPerSec;int check;char realName[12];    //暂存文件名//依次处理根目录中的各个条目for (int i = 0; i < RootEntCnt; i++) {check = fseek(fat12, base, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in printFiles failed!\n");//每个元素1byte，一共32元素，即一个根目录区的目录项check = fread(rootEntry_ptr, 1, 32, fat12);if (check != 32)myPrint("fread in printFiles failed!\n");//base后移32bytebase += 32;if (rootEntry_ptr->DIR_Name[0] == '\0') continue;    //空条目不输出//过滤非目标文件int boolean = 0;for (int j = 0; j < 11; j++) {if (!(((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 48) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 57)) ||((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 65) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 90)) ||((rootEntry_ptr->DIR_Name[j] >= 97) && (rootEntry_ptr->DIR_Name[j] <= 122)) ||(rootEntry_ptr->DIR_Name[j] == ' '))) {boolean = 1;    //非英文及数字、空格break;}}if (boolean == 1) continue;    //非目标文件不输出int k;   //名字的处理//用DIR_Attr&0x10判断，结果为0是文件，否则为文件夹。//文件 0x20 文件夹0x10if ((rootEntry_ptr->DIR_Attr & 0x10) == 0) {//文件//从0开始int name_len = -1;      //name_len中存储了是name的下标for (k = 0; k < 11; k++) {if (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] != ' ') {name_len++;realName[name_len] = rootEntry_ptr->DIR_Name[k];} else {//name[k]为空，名字加上. ，跳过剩下的空格name_len++;realName[name_len] = '.';while (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] == ' ') k++;k--;}}name_len++;realName[name_len] = '\0';//到此为止，把文件名提取出来放到了realName里//新建该文件的节点，并将其加入父节点的子结点集合中Node *son = new Node();fatherNode->next.push_back(son);  //存到father的next数组中son->name = realName;son->FileSize = rootEntry_ptr->DIR_FileSize;son->isfile = true;//每个节点的path默认加上/作为结尾son->path = fatherNode->path + realName + "/";fatherNode->file_count++;getFileContent(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);//读取文件的内容} else {//目录int tempLong = -1;for (k = 0; k < 11; k++) {if (rootEntry_ptr->DIR_Name[k] != ' ') {tempLong++;realName[tempLong] = rootEntry_ptr->DIR_Name[k];} else {tempLong++;realName[tempLong] = '\0';break;}}    //到此为止，把目录名提取出来放到了realNameNode *son = new Node();fatherNode->next.push_back(son);son->name = realName;son->path = fatherNode->path + realName + "/";fatherNode->dir_count++;creatDirectoryNode(son, fatherNode);//输出目录及子文件readChildren(fat12, rootEntry_ptr->DIR_FstClus, son);  //读取目录的内容}}
}
void creatDirectoryNode(Node *p, Node *father) {//每个目录里自带 . 和 ..Node *q = new Node();q->name = ".";q->isval = false;p->next.push_back(q);q = new Node();q->name = "..";q->isval = false;p->next.push_back(q);
}
void readChildren(FILE *fat12, int startClus, Node *father) {//数据区的第一个簇（即2号簇）的偏移字节int dataBase = BytsPerSec * (RsvdSecCnt + FATSz * NumFATs + (RootEntCnt * 32 + BytsPerSec - 1) / BytsPerSec);int currentClus = startClus;int value = 0;//value用来查看是否存在多个簇（查FAT表）while (value < 0xFF8) {value = getFATValue(fat12, currentClus);//查FAT表获取下一个簇号if (value == 0xFF7) {myPrint("坏簇，读取失败!\n");break;}int startByte = dataBase + (currentClus - 2) * SecPerClus * BytsPerSec;int check;int count = SecPerClus * BytsPerSec;    //每簇的字节数int loop = 0;while (loop < count) {int i;RootEntry sonEntry;//读取目录项RootEntry *sonEntryP = &sonEntry;check = fseek(fat12, startByte + loop, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in readchildren failed!\n");check = fread(sonEntryP, 1, 32, fat12);if (check != 32)myPrint("fread in readchildren failed!\n");//读取完毕loop += 32;if (sonEntryP->DIR_Name[0] == '\0')continue;//空条目不输出//过滤非目标文件int j;int boolean = 0;for (j = 0; j < 11; j++) {if (!(((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 48) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 57)) ||((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 65) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 90)) ||((sonEntryP->DIR_Name[j] >= 97) && (sonEntryP->DIR_Name[j] <= 122)) ||(sonEntryP->DIR_Name[j] == ' '))) {boolean = 1;    //非英文及数字、空格break;}}if (boolean == 1)continue;if ((sonEntryP->DIR_Attr & 0x10) == 0) {//文件处理char tempName[12];    //暂存替换空格为点后的文件名int k;int tempLong = -1;for (k = 0; k < 11; k++) {if (sonEntryP->DIR_Name[k] != ' ') {tempLong++;tempName[tempLong] = sonEntryP->DIR_Name[k];} else {tempLong++;tempName[tempLong] = '.';while (sonEntryP->DIR_Name[k] == ' ') k++;k--;}}tempLong++;tempName[tempLong] = '\0';    //到此为止，把文件名提取出来放到tempName里Node *son = new Node();father->next.push_back(son);son->name = tempName;son->FileSize = sonEntryP->DIR_FileSize;son->isfile = true;son->path = father->path + tempName + "/";father->file_count++;getFileContent(fat12, sonEntryP->DIR_FstClus, son);} else {char tempName[12];int count = -1;for (int k = 0; k < 11; k++) {if (sonEntryP->DIR_Name[k] != ' ') {count++;tempName[count] = sonEntryP->DIR_Name[k];} else {count++;tempName[count] = '\0';}}Node *son = new Node();father->next.push_back(son);son->name = tempName;son->path = father->path + tempName + "/";father->dir_count++;creatDirectoryNode(son, father);readChildren(fat12, sonEntryP->DIR_FstClus, son);}}currentClus = value;//下一个簇}
}
void split(const string &s, vector<string> &sv, const char flag) {sv.clear();//初始化输入字符串流istringstreamistringstream iss(s);string temp;//使用 getline 函数通过 iss 对字符串进行分割while (getline(iss, temp, flag)) {sv.push_back(temp);}return;
}void printList(Node *r) {Node *father = r;//通过root节点，遍历所有的节点if (father->isfile == true) {return;} else {//首先输出路径名，加一个冒号: , 换行，再输出路径下的文件和目录列表。路径下的目录包括. 和..//cout << father->path << ":" << endl;str_print = father->path + ":\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//打印每个next//使用红色(\033[31m)颜色输出目录名，不添加特殊颜色输出文件的文件名。Node *node;int lens = father->next.size();for (int i = 0; i < lens; i++) {node = father->next[i];//当用户不添加任何选项执行ls命令时，每个文件/目录项之间用两个空格隔开。if (!node->isfile) {// 文件夹// cout << "\033[31m" << node->name << "\033[0m" << "  ";// cout << node->name << "  ";str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  ";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();} else {// 文件// cout << node->name << "  ";str_print = node->name + "  ";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}}//cout << endl;str_print = "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//进行递归for (int i = 0; i < lens; i++) {if (father->next[i]->isval) {printList(father->next[i]);}}}}
void printList_L(Node *root) {Node *father = root;if (father->isfile) {//如果该Node是文件，不处理return;} else {//在路径名后，冒号前，另输出此目录下直接子目录和直接子文件的数目，两个数字之间用空格连接。两个数字不添加特殊颜色//cout << father->path <<" "<<father->dir_count<<" "<<father->file_count<< ":" << endl;str_print = father->path + " " + to_string(father->dir_count) + " " + to_string(father->file_count) + ":\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();//打印每个nextNode *node;int lens = father->next.size();for (int i = 0; i < lens; i++) {node = father->next[i];if (!node->isfile) {// 文件夹//   cout << "\033[31m" <<node->name << "\033[0m" << "  ";if (node->isval) {// 若项为目录，输出此目录下直接子目录和直接子文件的数目，// 两个数字之间用空格连接。这两个数字不添加特殊颜色// cout << node->name << "  " << node->dir_count << " " << node->file_count << endl;// 用红色( \033[31m )颜色输出目录名str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  " + to_string(node->dir_count) + " " +to_string(node->file_count) + "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();} else {//处理. ..//cout << node->name << "  "<<endl;str_print = "\033[31m" + node->name + "\033[0m" + "  \n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}} else {// 文件// cout << node->name << "  " << node->FileSize << endl;str_print = node->name + "  " + to_string(node->FileSize) + "\n";myPrint(str_print.c_str());str_print.clear();}}//cout << endl;myPrint("\n");//进行递归for (int i = 0; i < lens; i++) {//不输出.和..目录的子目录和子文件数目if (father->next[i]->isval) printList_L(father->next[i]);}}
}
void printListWithPath(Node *root, string path, int &exist, bool hasL) {if (path.compare(root->path) == 0) {  //路径完全相同，说明就是该节点//查找到if (root->isfile) {//如果是文件，无法打开exist = 2;return;} else {exist = 1;//状态正常，无需报错if (hasL) {printList_L(root);} else {printList(root);}}return;}if (path.length() <= root->path.length()) {  //出现该情况直接出去return;}string temp = path.substr(0, root->path.length());//截取输入的path的部分字符串，和当前节点的path比较，如果相同，说明目标在该节点下级if (temp.compare(root->path) == 0) {//路径部分匹配for (Node *q: root->next) {//递归查找，找到就打印printListWithPath(q, path, exist, hasL);}}
}
void Cat(Node *root, string source, int &exist) {//与printListWithPath相同的逻辑//如果递归前发现需要的路径source和目前root的path相同，则判断是否为文件，如果文件内容不为空，就打印//如果没找到：//判读是否需要的路径source长度已经小于目前root的path，如果是，则不可能在后面的子结点找到；如果不是，则继续//判断是否当前节点的path部分与source相同，如果相同则继续递归查询当前节点的所有符合子结点；如果不同，则返回if (source.compare(root->path) == 0) {//查找到if (root->isfile) {exist = 1;if (root->content[0] != 0) {//cout << root->content << endl;myPrint(root->content);myPrint("\n");}return;} else {exist = 2;return;}}if (source.length() <= root->path.length()) {return;}string temp = source.substr(0, root->path.length());if (temp.compare(root->path) == 0) {//路径部分匹配for (Node *node: root->next) {Cat(node, source, exist);}}
}
/**** @param fat12* @param startClus ： 开始簇号* @param son*/
void getFileContent(FILE *fat12, int startClus, Node *son) {//获取文件内容//步骤：//  （1）在根目录区查找目标文件对应的项//  （2）获取目标文件的起始簇号和文件大小//  （3）根据FAT表中记录的逻辑先后关系读取数据//计算每簇的字节数，每个区域的初始位置的偏移量。//每簇字节数 = 每簇扇区数 * 每扇区字节数。//fatBase = Boot记录占用的扇区数 * 每扇区字节数//fileRootBase =（Boot记录占用的扇区数+FAT表个数 * FAT扇区数）* 每扇区字节数//dataBase =（Boot记录占用的扇区数+FAT表个数 * FAT扇区数 +（根目录最大文件数* 32byte + 每扇区字节数 - 1）/ 每扇区字节数）* 每扇区字节数。//数据区的偏移量又乘又除可不可以等于fileRootBase+根目录最大文件数*32？不行！//dataBase初始位置 = FileRootBase最后一个簇的结束位置。如果根目录没有填满最后一个簇，数据区也是从下一个簇开始的，而不是默认于最后一个根目录的结束位置开始。//用 "（根目录最大文件数 * 32 + 每扇区字节数 - 1）/ 每扇区字节数 "可以得到根目录区占用的真正扇区数。//原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43242836/article/details/103056431int dataBase = BytsPerSec * (RsvdSecCnt + FATSz * NumFATs + (RootEntCnt * 32 + BytsPerSec - 1) / BytsPerSec);int currentClus = startClus;int value = 0;        //这里用value来进行不同簇的读取（超过512字节）char *p = son->content;if (startClus == 0) {return;}//while循环读取簇，即便大于512byte也可以，直到该文件的最后一个簇while (value < 0xFF8) {//如果表项值大于等于0xFF8，则说明已经到达最后一个簇value = getFATValue(fat12, currentClus);//获取下一个簇if (value == 0xFF7) {myPrint("坏簇，读取失败!\n");break;}char *str = (char *) malloc(SecPerClus * BytsPerSec);    //暂存从簇中读出的数据，大小为每簇扇区数 * 每扇区字节数char *content = str;// 字节开始处 = 数据基址 + （目前簇 - 2）* 每簇扇区数 * 每扇区字节数// 数据区起始地址所对应的编号为2（不为0）（有了起始地址，这里可以用偏移地址）// FAT12文件系统的前两个簇是固定簇，而实际表示数据的簇号——或者更确切的说，是FAT12表项的序号从2开始，实际表示数据的“簇”仍然是从0开始。int startByte = dataBase + (currentClus - 2) * SecPerClus * BytsPerSec;int check;check = fseek(fat12, startByte, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in printChildren failed!");check = fread(content, 1, SecPerClus * BytsPerSec, fat12);//提取数据//fread:return the number of items read or written.  This number equals the number of bytes transferred only  when size  is 1.//  If an error occurs, or the end of the file is reached, the return value is a short item count (or zero)if (check != SecPerClus * BytsPerSec)myPrint("fread in printChildren failed!");int count = SecPerClus * BytsPerSec;int loop = 0;for (int i = 0; i < count; i++) {//读取赋值*p = content[i];p++;}free(str);currentClus = value;}
}
int getFATValue(FILE *fat12, int num) {//FAT1的偏移字节int fatBase = RsvdSecCnt * BytsPerSec;//FAT项的偏移字节//一个fat项1.5字节int fatPos = fatBase + num * 3 / 2;//奇偶FAT项处理方式不同，分类进行处理，从0号FAT项开始//type == 0 偶数//typ3 == 1 奇数int type = 0;if (num % 2 == 0) {type = 0;} else {type = 1;}//先读出FAT项所在的两个字节u16 bytes;u16 *bytes_ptr = &bytes;int check;check = fseek(fat12, fatPos, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in getFATValue failed!");check = fread(bytes_ptr, 1, 2, fat12);if (check != 2)myPrint("fread in getFATValue failed!");//u16为short，结合存储的小尾顺序和FAT项结构可以得到//wiki的写法if (type == 0) {bytes = bytes << 4;   //这里原文错误，原理建议看网上关于FAT表的文章return bytes >> 4;} else {return bytes >> 4;}
}

my_print.sam

global   asm_printsection .text
asm_print:push    ebpmov     ebp, espmov     edx, [ebp+12]mov     ecx, [ebp+8]mov     ebx, 1mov     eax, 4int     80hpop     ebpret

Makefile

Main: main.cpp my_print.asmnasm -f elf32 my_print.asmg++ -m32 main.cpp my_print.o -o mainrm -rf my_print.o
clean:rm -rf main

置开始。
//用 "（根目录最大文件数 * 32 + 每扇区字节数 - 1）/ 每扇区字节数 "可以得到根目录区占用的真正扇区数。
//原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_43242836/article/details/103056431

int dataBase = BytsPerSec * (RsvdSecCnt + FATSz * NumFATs + (RootEntCnt * 32 + BytsPerSec - 1) / BytsPerSec);
int currentClus = startClus;
int value = 0;        //这里用value来进行不同簇的读取（超过512字节）
char *p = son->content;
if (startClus == 0) {return;
}
//while循环读取簇，即便大于512byte也可以，直到该文件的最后一个簇
while (value < 0xFF8) {//如果表项值大于等于0xFF8，则说明已经到达最后一个簇value = getFATValue(fat12, currentClus);//获取下一个簇if (value == 0xFF7) {myPrint("坏簇，读取失败!\n");break;}char *str = (char *) malloc(SecPerClus * BytsPerSec);    //暂存从簇中读出的数据，大小为每簇扇区数 * 每扇区字节数char *content = str;// 字节开始处 = 数据基址 + （目前簇 - 2）* 每簇扇区数 * 每扇区字节数// 数据区起始地址所对应的编号为2（不为0）（有了起始地址，这里可以用偏移地址）// FAT12文件系统的前两个簇是固定簇，而实际表示数据的簇号——或者更确切的说，是FAT12表项的序号从2开始，实际表示数据的“簇”仍然是从0开始。int startByte = dataBase + (currentClus - 2) * SecPerClus * BytsPerSec;int check;check = fseek(fat12, startByte, SEEK_SET);if (check == -1)myPrint("fseek in printChildren failed!");check = fread(content, 1, SecPerClus * BytsPerSec, fat12);//提取数据//fread:return the number of items read or written.  This number equals the number of bytes transferred only  when size  is 1.//  If an error occurs, or the end of the file is reached, the return value is a short item count (or zero)if (check != SecPerClus * BytsPerSec)myPrint("fread in printChildren failed!");int count = SecPerClus * BytsPerSec;int loop = 0;for (int i = 0; i < count; i++) {//读取赋值*p = content[i];p++;}free(str);currentClus = value;
}

}
int getFATValue(FILE *fat12, int num) {
//FAT1的偏移字节
int fatBase = RsvdSecCnt * BytsPerSec;
//FAT项的偏移字节
//一个fat项1.5字节
int fatPos = fatBase + num * 3 / 2;
//奇偶FAT项处理方式不同，分类进行处理，从0号FAT项开始
//type == 0 偶数
//typ3 == 1 奇数
int type = 0;
if (num % 2 == 0) {
type = 0;
} else {
type = 1;
}

//先读出FAT项所在的两个字节
u16 bytes;
u16 *bytes_ptr = &bytes;
int check;
check = fseek(fat12, fatPos, SEEK_SET);
if (check == -1)myPrint("fseek in getFATValue failed!");check = fread(bytes_ptr, 1, 2, fat12);
if (check != 2)myPrint("fread in getFATValue failed!");//u16为short，结合存储的小尾顺序和FAT项结构可以得到
//wiki的写法
if (type == 0) {bytes = bytes << 4;   //这里原文错误，原理建议看网上关于FAT表的文章return bytes >> 4;
} else {return bytes >> 4;
}

}

my_print.sam~~~nasm
global  asm_printsection .text
asm_print:push    ebpmov     ebp, espmov     edx, [ebp+12]mov     ecx, [ebp+8]mov     ebx, 1mov     eax, 4int     80hpop     ebpret

Makefile

Main: main.cpp my_print.asmnasm -f elf32 my_print.asmg++ -m32 main.cpp my_print.o -o mainrm -rf my_print.o
clean:rm -rf main

操作系统OS-Lab2-FAT12文件读取相关推荐

1. AI算法工程师 | 02人工智能基础-Python基础（四）os模块_打开读取文件

   文章目录 Python基础语法 之 文件和流 os 模块 调用操作系统命令 操作文件和目录 案例-文件重命名 打开读取文件 打开文件 读取文件 补充-中文编码问题 Python基础语法 之 文件和流 ...

2. Go 学习笔记（44）— Go 标准库之 os（获取文件状态、获取/修改文件权限、创建、删除目录和文件、获取进程ID、设置获取环境变量）

   1. 概述 os 包提供了操作系统函数的不依赖平台的接口.失败的调用会返回错误值而非错误码.通常错误值里包含更多信息.例如,如果某个使用一个文件名的调用(如Open.Stat)失败了,打印错误时会包含 ...

3. Python OS模块和文件处理

   Python OS模块和文件处理 文件处理 1. 打开和关闭文件 2. 读&写 3. 文件定位 OS模块 1. OS模块简介: 2. OS模块常用函数 3. OS模块常用方法实战 4. 例题练 ...

4. python文件读取下一个字符_python文件的读写总结

   读写文件是最常见的IO操作.Python内置了读写文件的函数,用法和C是兼容的. 读写文件前,我们先必须了解一下,在磁盘上读写文件的功能都是由操作系统提供的,现代操作系统不允许普通的程序直接操作磁盘, ...

5. [入门篇]初识操作系统OS(这篇博客将帮你打开操作系统OS大门的第一步 超超超超超详细)

   目录 1.冯诺依曼体系 1.1冯诺依曼体系的构成 1.2 存储器-内存 1.2.1 为什么需要存储器(内存)的两个理由 1.3 冯诺依曼体系的重要性 1.4 一个生动的例子理解冯诺依曼体系运作 2. ...

6. CISCO ASA设备任意文件读取漏洞复现 (CVE-2020-3452)

   漏洞描述 Cisco Adaptive Security Appliance (ASA) 防火墙设备以及Cisco Firepower Threat Defense (FTD)设备的WEB管理界面存在 ...

7. python和django的目录遍历漏洞(任意文件读取)

   1. 什么是目录遍历漏洞 "目录遍历漏洞"的英文名称是Directory Traversal 或 Path Traversal.指攻击者通过在URL或参数中构造 ../ ..%2F ...

8. FAT12文件系统介绍

   简介 FAT12文件系统是指:在磁盘上规定一种特定的存储格式,这种存储格式高效方便,功能强大,因此形成了统一的规定. 基础知识 具体来说FAT12文件系统为1.44M的软盘设计.1.44M的软盘有28 ...

9. 国内操作系统OS分析（上）

   国内操作系统OS分析(上) 一．操作系统(OS)概述 操作系统(OS,Operating System),是管理.控制计算机软硬件资源的计算机程序,并为用户提供一个与系统交互的操作界面.OS是配置在计 ...

10. 【Unity_UWP】Unity 工程发布win10 UWP 时的本地文件读取 （上篇）

    Universal Windows Platform(UWP)是微软Windows10专用的通用应用平台,其目的在于在统一操作系统下控制所有智能电子设备. 自从Unity 5.2之后,配合VS 201 ...

最新文章

1. 软件破解工具整理收集
2. C# 图片旋转360度程序
3. android h5使用缓存_程序员必须了解的之小程序 与 App 与 H5 之间的区别
4. C语言实现：将一个字符串插入到另一个字符串的指定位置
5. 第七章 控制PL/SQL错误
6. 负载测试与压力测试的区别
7. 未发现数据源名称_在Power BI中管理数据源Analysis Services
8. HDU 1181 变形课(dfs)
9. Flutter：尝试撸一个具有惯性跟阻力的旋转控件或用传感器控制其旋转
10. 差分进化算法python_差分进化算法Python实现
11. 零基础大数据学习框架
12. selenium安装和chromedriver下载安装
13. 用python计算ph_用于水和水蒸汽物性计算的Python模块——iapws
14. win10安装Dreamweaver cc 2019报无法写入注册表的错误
15. FPGA写约束文件+固化+上板抓信号方法（vivado软件）
16. [树莓派] - u盘做系统盘
17. 年会抽奖程序：200行HTML+JavaScript写个桌面程序
18. “撒旦”勒索病毒再曝4.2变种 腾讯电脑管家文档守护者可一招解密
19. 没有人能够一味地淡定，没有人能够一味地忍受
20. 分享99个PHP源码，总有一款适合您

热门文章

1. python网络安全协议_如果你不遵守Python中TCP和UDP等网络编程协议！那么你会自食其果...
2. 关于APP接收开机广播延迟问题,解决开机启动慢问题
3. 职业生涯阶段性回顾之第一个五年计划
4. 一步一步搭建Redis + Keepalived主从高可用之Keepalived安装配置(三)
5. 计算机复制方法有,电脑复制粘贴怎么用（6种电脑复制粘贴方法）
6. webpack打包vue项目之后生成的dist文件该怎样启动运行跑起来
7. Android中，Sqlite数据库读取数据为空的问题
8. mysql数据库技术与项目课后答案_数据库技术与应用mysql版答案
9. 如何使用计算机作文600字,计算机比赛作文600字
10. SpyNote5.0 Client_APK逆向分析