FAT12模拟-C语言读取

介绍

之前详细介绍了FAT12文件系统

其中涉及到过多位运算的时间处理问题，我在另一篇文章中进行了分析。并且附有C语言代码。

DOS的镜像就是FAT12文件系统，在网络上有freedos，操作跟DOS大同小异，可以免费下载

DOS原版的镜像我放在百度云里面了，提取码far8

视频演示

CSDN放不了

友情提示：做实验可以先把代码copy下来，把代码和DOS的镜像放在同一目录下运行一下，感受DOS的快感。不然几千行代码很劝退的。代码，要在wsl运行。

实现的功能

虽然说是仿真FAT12文件系统，实际上把很多DOS的功能都实现出来了。说白了也就是DOS的C语言仿真。这篇文章介绍读取FAT12文件系统的内容，不对磁盘进行修改。

仿真，实现了如下命令（只是很基础的命令，不能加参数）

命令	说明
dir	暂时无法使用绝对路径
cd	相对路径只能进入一个文件夹，可用绝对路径
type	查看当前文件内某文件，或者用绝对路径

基本结构

首先整个操作系统是用C语言写成，基本的思路是，把一个函数当作一个程序。只是仿真文件系统，打开文件表、活动文件表……等数据结构统统没有。

基本的思路是main()调用boost_system()函数。boost_system()函数再调用cmd()函数。cmd()函数就读取各个命令，然后调用对应指令的函数，比如directory(), change_directory(), type()

下面是一个示意图

仿真的主干过程就是写各种cmd命令行中的函数，毕竟DOS系统就是通过命令行执行各种程序。

启动操作系统的相关操作

在方阵程序中启动操作系统就是：

（1）打开FAT软盘

（2）读取MBR区的数据

（3）调用cmd程序

打开FAT软盘

打开FAT软盘就是是用C语言打开二进制文件的函数，赋值给文件指针。

FILE *fat12_file = fopen(disk, "rb");

由于是打开的二进制文件，因此在读写过程中涉及到很多的调整文件指针位置的操作，涉及到函数fseek、fread、fwrite。

int fseek(FILE *fp, long offset, int origin);
unsigned fread (void *buf, unsigned size, unsigned count, FILE* fp);
unsigned fwrite (const void *bufAunsigned size,unsigned count,FILE* fp);

fseek作用是调整文件指针的位置。第一个参数为文件指针，第二个参数是偏移的字节数，第三个参数是开始偏移的地址：SEEK_SET表示从文件头开始（SEEK_END表示从文件末尾开始，SEEK_CUR表示从当前位置开始）。

fread的作用是读取一定的字节数到buf中。第一个参数是存储读取数据的指针，第二个参数指定了一次读取size个字节，第三个参数指定一共读取count次，第四个参数为文件指针。

fwrite的作用是写入一定字节到文件中。参数的含义和fread相似。

更多的文件操作细节见C语言文件操作完全攻略

读取MBR数据

首先要定义结构header，按顺序储存MBR区的各种数据，不论仿真程序是否使用到。我们可以用下面一条指令，将所有的MBR数据存储在对应的变量中。

fread(&fat_head, sizeof(char), BYTE_PER_BLOCK, fat12_file);

fat_head就是按顺序声明好的结构，结构体的定义如下。要使用#pragma(1)取消对齐，这样才能让MBR区的数据对号入座。

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int u32;
#pragma pack (1)
//数据段
struct header
{//跳转指令char jmp[3];// 厂商名 yxros1.0char BS_OEMName[8];// 每个扇区字节数 512u16 BPB_BytesPerSec;// 每簇扇区数 1u8 BPB_SecPerClus;//boot引导占扇区数 1u16 BPB_ResvdSecCnt;//一共有几个FAT表 2u8 BPB_NumFATs;//根目录文件最大数  0xe0 = 224u16 BPB_RootEntCnt;//扇区总数  0xb40 = 2880u16 BPB_TotSec16;//介质描述  0xf0u8 BPB_Media;//每个FAT表占扇区数 9u16 BPB_FATSz16;// 每个磁道占扇区数 0x12u16 BPB_SecPerTrk;// 磁头数   0x2u16 BPB_NumHeads;// 隐藏扇区数 0u32 BPB_HiddSec;// 如果BPB_TotSec16=0,则由这里给出扇区数 0u32 BPB_TotSec32;// INT 13H的驱动号 0u8 BS_DrvNum;//保留，未用    0u8 BS_Reserved1;//扩展引导标记  0x29u8 BS_BootSig;// 卷序列号 0u32 BS_VollD;// 卷标 'yxr620'u8 BS_VolLab[11];// 文件系统类型 'FAT12'u8 BS_FileSysType[8];//引导代码char code[448];//结束标志char end_point[2];// 防止各种对齐现象，取消对齐，读写比较方便
}__attribute__((packed)) fat_head;

调用cmd

直接调用cmd函数即可，cmd函数的定义也附在下面：

void cmd(FILE *fat12_file);

cmd程序

cmd程序读取每一行命令，然后根据不同的命令调用不同的函数，来执行相应指令。

分析指令

直接使用下面函数，把每种指令转化成对应的操作码，然后cmd直接根据不同的操作码调用不同的指令。

#define _DIR 1
#define _CD 2
#define _SHUT 3
#define _TYPE 4
#define _COPY 5
#define _DEL 6
#define _MKDIR 7
#define _RMDIR 8int decode_operation(char *operation)
{// 将小写指令转成大写指令small2big(operation);// printf("%s", operation);if(!strcmp(operation, "DIR")) return _DIR;else if(!strcmp(operation, "CD")) return _CD;else if(!strcmp(operation, "SHUT")) return _SHUT;else if(!strcmp(operation, "TYPE")) return _TYPE;else if(!strcmp(operation, "COPY")) return _COPY;else if(!strcmp(operation, "DEL")) return _DEL;else if(!strcmp(operation, "MKDIR")) return _MKDIR;else if(!strcmp(operation, "RMDIR")) return _RMDIR;return 0;
}

设计指令的基本原则

除了cd指令，其他指令都不能改变当前的路径，这些操作都使用temp_path来表示真正操作的路径。temp_path初始化为current_path，绝对路径、相对路径对路径的更改都发生在temp_path上。

指令后跟的路径情况非常复杂。下面函数专门分离路径名称并且将temp_path调整到对应的路径上去。

第一个参数为当前路径的指针；

第二个参数为储存FAT12文件系统的文件指针；

第三个参数可能是要操作的目录名称，也可能是绝对路径。

// 用来给direcotry等函数分离绝对路径，也可以分离相对路径
void split_path_direcotry(struct PATH *temp_path_ptr, FILE *fat12_file,\char *file_name);

具体说一下struct PATH。

PATH_Arr：从根目录到当前目录每个目录的名称；

PATH_Length：当前目录的深度，根目录为1；

BASE：当前目录起始地址（在FAT软盘上的地址）

SIZE：该目录一共占有的字节数，为512字节的整倍数

//保存当前路径的结构
struct PATH
{// 储存路径的数组char PATH_Arr[100][11];// 储存当前已经有多少个路径，根目录为A，长度为1int PATH_Length;// 首扇区的地址int BASE;// 该目录项大小（字节为单位）int SIZE;
};

dir指令

dir指令可以使用绝对路径和相对路径，也可以直接用dir指令输出当前目录的文件信息。下面是该指令对应函数的签名。

第一个参数是存储当前路径信息的结构体指针；

第二个参数为储存FAT12文件系统的文件指针。

// 进行DIR操作
void directory(struct PATH *current_path_ptr, FILE *fat12_file);

首先使用split_path_directory函数将temp_path调整到对应的目录中，接下来就可以循环输出。temp_path指向的目录所有文件以下面的格式输出。可以看到，输出跟DOS基本一样，跟Windows的命令也基本一样，就是日期等信息被Windows的命令行放在了前面。

循环遍历每一个文件目录项的过程如下

 int base = temp_path.BASE;for(i = 0; i < temp_path.SIZE / 32; ++i){struct ROOT_ENTRY temp_entry;// 将文件指针，放在根目录开头处fseek(fat12_file, base, SEEK_SET);//读取一个目录项fread(&temp_entry, 1, 32, fat12_file);base += 32; // 不用输出空目录项，或者已删除的文件if(temp_entry.DIR_Name[0] == '\0' || temp_entry.DIR_Name[0] == 0xe5)continue;// 不用输出隐藏文件if(temp_entry.DIR_Attr == 0x27) continue;// 输出文件名和扩展名int j;for (j = 0; j < 12; ++j)printf("%c", temp_entry.DIR_Name[j]);// 输出文件大小或者文件夹<dir>if(temp_entry.DIR_Attr == 0x10) printf("%-20s ", "<DIR>");else printf("%20d", temp_entry.DIR_FileSize);//输出日期和时间print_date(temp_entry.DIR_WriDate);print_time(temp_entry.DIR_WriTime);printf("\n");}

cd指令

cd指令的全称为change_directory，可以使用绝对路径和相对路径。该操作的函数原型如下：

第一个参数是当前目录的指针，也就是要改变的量；

第二个参数是FAT12软盘的文件指针；

第三个参数是要进入的路径，可以是相对路径也可以是绝对路径。

// 进入目录操作
// 这个函数本身只是改变current_path_ptr的函数
// 很多其他操作都可以使用这个函数
void change_directory(struct PATH *current_path_ptr,\FILE *fat12_file, char *subdirectory);

type指令

type指令可使用相对路径，也可用绝对路径。type指令的函数签名如下：

第一、二个参数和上面的命令一样；

第三个参数是文件名，或者文件名和绝对路径的组合。

// type指令，输出该文件的所有内容
void type_command(struct PATH *current_path_ptr, FILE *faT12_file,\char *file_name);