尝试做一个简单的文件系统

使用B+树作为文件系统的主要数据结构，用来储存文件描述符，文件描述符用来储存文件的具体信息（在磁盘上的位置，大小，时间等）。

文件描述符参考了FAT32中用来描述文件信息的结构，但有较大的区别。每个文件描述符32占用字节，分为两种：用于描述符文件信息的描述符和用于储存文件名的描述符，两种结构以及相关结构如下：

//文件属性
typedef struct {byte dpl : 2;            //文件权限；分区权限 0，1，2，3byte extname : 1;        //下一项描述符类型,=0，文件描述符；=1，扩展文件名描述符byte isext : 1;            //本描述符是否为扩展描述符,=1byte data : 1;            //=1文件正常，=0此文件可能存在问题；作为分区描述符时，=1说明此分区是系统分区，byte en_folder : 1;        //说明floder项有效,以此文件名作为后面文件的目录基准，同目录下的文件应该只有一个文件的此项为1byte hide : 1;            //=1隐藏文件；=1隐藏分区byte del : 1;            //=1已删除文件，相当于放入回收站，标记删除，为了保证可以恢复；=1分区删除
}fileAtt;//文件日期结构
typedef struct {uint32 s : 6;        //秒uint32 m : 6;        //分uint32 h : 5;        //时uint32 day : 5;        //日uint32 month : 4;    //月uint32 year : 6;    //年,使用是将此值加上基准年份等于时间
}fDate, * _fdate;//用于描述符文件信息的文件描述符
typedef struct {byte ms : 7;            //创建时间的10毫秒位,ms*10=大约的创建时间，现在感觉这项没什么用byte dis : 1;            //=0扩展文件名描述符，=1文件描述符，此项恒等于1fileAtt fatt;            //文件属性char name[FTNAME_SIZE];            //文件名,占用6字节fDate createDate;        //创建日期fDate lastVisitDate;    //最后访问日期fDate lastModifiedDate;    //最后修改日期uint32 size;                //文件长度，单位4kb,因此一个文件最大为4096GB=4TBuint32 position;            //在分区内的偏移位置，单位4kb,最大检索16tb，因此一个分区的最大为16tbuint16 offset : 12;        //文件占用的最后一个4kb内的偏移uint16 extnum : 4;            //扩展描述符数量,最大为15个，当此值=15时，应当查看最后一个扩展描述符，确定是否还有扩展描述符uint16 folder;                //文件夹包含数量，如果fatt.en_folder=1，说明此文件描述符组为文件夹描述符，则folder包含了该文件夹的文件数量
}fileTable, * _filetable;//用于储存文件名的文件名描述符
typedef struct extName {byte size : 5;          //本项文本串长度byte ext : 1;          //1=有扩展项,此项为了避免文件描述符指出的15项的限制，以期能够储存更多文件项byte start : 1;            //=1起始项，为扩展文件名描述符组的首项byte dis : 1;          //=0扩展文件名描述符，=1文件描述符,此项应该恒等于0char name[31];            //文件名
}extName, * _extname;//文件项联合体，一个文件项可能是文件描述符或者扩展文件名描述项
typedef union {fileTable ft;            //文件描述符extName en;          //扩展文件名描述符
}fileItems, * _fileitems;

在内部节点中，所有描述符均为文件名描述符，因为B+树的内部节点只是用来帮助查找文件，并不储存文件信息。

在叶结点中，文件名描述符跟在文件描述符后面（如果文件名太长的话），由于一个文件描述符储存的信息有限，因此做了以下规定：

1.如果时间太大，则使用多个描述符叠加的方法，比如文件描述符的创建时间createDate项，基准年份假定为2020，创建年份为2100，因此createDate.year项储存的值应当为80，但是日期结构最大只能储存64，因此需要将80二进制形式的低6位放进第一个描述符，然后第二个描述符储存剩下的高位。如果还存不进可以以此类推，几乎可以储存无限长的时间。

2.描述符的size、position、offset项，这两个项一般不存在值太大的情况，因此不可叠加，但由于文件可能是是分散储存的，这种情况下需要使用多个描述符来储存这三项。一组连续的用来描述同一个文件的文件描述符成为文件描述符组，最大的情况由1个首文件描述符、15个扩展文件描述符、15个扩展文件名描述符构成，因此一个文件最多允许使用31个描述符来表示自己，最多允许将一个文件拆成16个位置来储存，不够的话就需要试着整理磁盘碎片了（当然，我也设想过可以把一个文件拆成多个子文件来储存，但这样可能会降低效率，还是使用强制性的规定比较好）

3.folder项用来储存文件夹内包含的一级文件数量（文件夹内的第一层文件），只有在fatt项的en_folder属性=1时才有效，此时文件描述符组储存的时文件夹，无用的项要置空。

4.每一个文件描述符组对应一个文件或文件夹，文件名是绝对路径，例："test/a.txt"，表示在根目录的test文件夹下的a.txt文件。这样做是为了方便计算机索引磁盘文件。

5.由于是绝对路径，所以文件夹描述符组后面若干个描述符组就是该文件夹内部的文件，文件夹操作便需要逐个读取其后面的文件描述符组，因此当一个文件夹内部包含的文件过多（特别是文件夹过多），会使展示文件夹列表变得非常慢，我暂时没想都解决办法。

6.文件描述符组在节点内部以文件名顺序进行排序。

由于B+树的结构，使节点具有两种类型，叶节点和内部节点。

叶节点大小为80kb，可以储存2409个文件描述符，除了是B+树的一部分，所有叶节点也可以组成一个双向循环链表，第一个节点储存了文件名最小的文件描述符，被称为首叶节点，按照B+树的删除插入方式，正常情况下第一个叶节点不会改变。当然，以后重写代码的时候可能会修改。

内部节点大小为52kb，可以储存1401个文件名描述符，用来索引叶节点。

结构如下：

//B+树内部节点,52kb
#define BNODE_NUM 1401
#define BNODE_SIZE 52*1024
#define CHILD_TYPE_BNODE 0  //childType属性，内部节点类型
#define CHILD_TYPE_LNODE 3  //childType属性，叶节点类型
typedef struct BTreeNode {extName name[BNODE_NUM];          //文件名描述符数组uint32 child[BNODE_NUM + 1];     //子节点指针数组，可能为内部节点或叶节点，使用时，要强制转换为结点指针后使用uint16 name_off[BNODE_NUM - 1];     //记录每个文件名的起始下标,从第二个文件名开始uint32 parent;          //父节点指针uint16 name_off_num:14;              //记录name_off数组的有效长度uint16 childType:2;                  //子节点类型，0=内部节点，3=叶节点uint16 namenum;                     //记录name数组的长度
}BTreeNode, * _btreenode, * _bn;//B+树叶节点
#define LNODE_NUM 2409
//叶节点,80kb
#define LNODE_SIZE 80*1024
typedef struct LeafNode {fileItems fi[LNODE_NUM];           //文件描述符数组uint16 file_off[LNODE_NUM - 1];        //文件偏移数组，描述文件的起始描述符位下标，由于第一个文件项的下标肯定为0，因此从第二个文件描述符开始。uint16 finum;                     //fi数组有效项的长度uint16 file_off_num;                //file_off数组有效项的数量uint32 prev;              //前驱节点uint32 next;              //后继节点uint32 parent;            //父节点指针
}LeafNode, * _leafnode, * _ln;

两种节点大小不一样就是为了4kb对齐，52kb和80kb为最小公倍数，如果太大，在写入磁盘时会写的太多，也会影响查找效率。同时，由于硬盘的同一个扇区如果被写入次数太多，会缩短扇区寿命，特别是固态硬盘，是有写入次数限制的，因此，节点在被读取后，只有发生修改，才可以写入硬盘。我也想过是否应该在某个节点写入达到一定次数之后，重写到其他地方，目前没有实现。

另一点，由于所有文件名不可能是一样长的，所以B+树中的数组并非等长的，因此设计了偏移数组，来索引每个文件描述符组的第一个描述符。但是为了减少占用储存空间，偏移数组不索引描述符数组第一个元素，因为肯定是从0开始的，不过现在想真的不怎么值得，让程序变得更加复杂了。

数据管理，如何确定那个扇区写入了数据，哪些扇区是空的？我决定参考linux下的ext文件系统的实现机制，使用位图来表示，0代表空，1代表被占用或者不可用（损坏的），将读写单位划分为块，每个块由若干个扇区组成，必须是2幂次方，一个位代表一个块。将每个位图放在块组的最后面，一个跨组的大小为一个块的字节数*8块，即如果一个块的大小为512字节，则块组的大小为512*8=4096个块。

对于引导扇区，也是参考fat32的设计，不过增加了一些，结构如下：

//引导扇区结构
//512BYTES
#define BOOTCodeSize (512-64-2-82)
typedef struct BOOTLoder {/*0*/ uint8 jmpBOOT[3];           //跳转代码/*3*/ char OEM[8];                //此文件系统开发者名字/*11*/  uint16 BytePerSec;          //每扇区字节数/*13*/  uint8 Unit;                 //文件系统的单元,为BytePerSec的倍数,例:若UNIT=8,BytePerSec=512,则文件系统的单位为4kb/*14*/  uint16 ResvdSecCnt;         //BOOT记录占用的单元数/*16*/    uint8 Resvered0;/*17*/  uint16 RootEntCnt;          //根目录文件最大数/*19*/    uint16 TotUnit16;           //单元总数/*21*/    uint8 Media;                //介质描述符/*22*/   uint16 BlockSize;           //每个块占用的单元数,最大为32MB/*24*/   uint16 SecPerTrk;           //每个磁道的扇区数/*26*/    uint16 NumHeads;            //磁头数/*28*/ uint32 HiddSec;             //隐藏单元数/*32*/   uint32 TotUnit32;           //如果TotUnit16=0,则由这里给出单元总数/*36*/   uint8 DrvNum;               //驱动器号/*37*/    uint8 Resvered1;            //保留字节,置空/*38*/ uint8 BootSig;              //扩展引导标记,0x29/*39*/ uint32 VolID;               //卷序列号/*43*/    char VolLab[11];            //卷标/*54*/  char FileSysType[8];        //文件系统属性/*62*/  uint16 VerNum[2];           //版本号，VerNum[0]为主版本号，VerNum[1]为子版本号/*66*/ uint16 BNodeSize;           //内部节点长度(byte)/*68*/    uint16 LNodeSize;           //叶节点长度(byte)/*70*/ uint32 LogBlockAddr;        //日志块地址，单位：块/*74*/    uint32 LBNum;               //一个日志块占用块数/*78*/   uint32 InfoBlockAddr;       //信息块地址/*82*/   uint8 boot[BOOTCodeSize];   //boot代码/*446*/ DPT dpt[4];                 //4个分区表/*510*/  uint16 BOOTSign;            //引导扇区标志,0xAA55
}BOOTLoder, * _bootloder;

日志还没设计，不过暂时预留日志的位置。

由于实现的非常之乱，变量也不规整，因此目前不开放代码。

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