操作系统课程设计

课程设计报告2015～2016学年第一学期操作系统综合实践课程设计实习类别课程设计学生姓名李旋专业软件工程学号*********指导教师崔广才、祝勇学院计算机科学技术学院二〇一六年一月- 1 -- 2 -一、概述一个目录文件是由目录项组成的。

每个目录项包含16B，一个辅存磁盘块(512B)包含32个目录项。

在目录项中，第1、2字节为相应文件的外存i节点号，是该文件的内部标识；后14B为文件名，是该文件的外部标识。

所以，文件目录项记录了文件内、外部标识的对照关系。

根据文件名可以找到辅存i节点号，由此便得到该文件的所有者、存取权、文件数据的地址健在等信息。

UNIX 的存储介质以512B为单位划分为块，从0开始直到最大容量并顺序加以编号就成了一个文件卷，也叫文件系统。

UNIX中的文件系统磁盘存储区分配图如下：本次课程设计是要实现一个简单的模拟Linux文件系统。

我们在内存中开辟一个虚拟磁盘空间(20MB)作为文件存储器，并将该虚拟文件系统保存到磁盘上(以一个文件的形式)，以便下次可以再将它恢复到内存的虚拟磁盘空间中。

文件存储空间的管理可采用位示图方法。

二、设计的基本概念和原理2.1 设计任务多用户、多级目录结构文件系统的设计与实现。

可以实现下列几条命令login 用户登录logout 退出当前用户dir 列文件目录creat 创建文件delete 删除文件open 打开文件close 关闭文件- 3 -read 读文件write 写文件mkdir 创建目录ch 改变文件目录rd 删除目录树format 格式化文件系统Exit 退出文件系统2.2设计要求1) 多用户：usr1,usr2,usr3,……,usr8 (1-8个用户) 2) 多级目录：可有多级子目录；3) 具有login (用户登录)4) 系统初始化（建文件卷、提供登录模块）5) 文件的创建：create (用命令行来实现)6) 文件的打开：open7) 文件的读：read8) 文件的写：write9) 文件关闭：close10) 删除文件：delete11) 创建目录（建立子目录）：mkdir12) 改变当前目录：cd13) 列出文件目录：dir14) 退出：logout新增加的功能：15) 删除目录树：rd16) 格式化文件系统：format2.3算法的总体思想- 4 -本课程设计是要求我们模拟Linux文件系统功能设计一个虚拟文件系统，依据Linux文件系统的特点，其设计思想是：申请1M的内存空间来虚拟文件系统，将其以512B每块划分2048块，采用位示图管理文件系统的方法，利用其原理将第1块作为位图区(512B)，共有对i节点区和数据块区分别建立位图；每个i节点占16B，每块有512/16=32个i节点，用2、3共两块作为i节点，总共有64个i节点，在位图区占用8B；其余2045块作为数据区，在位图区占用接近256B。

文件系统存储区分配图如下：位图：用0表示未使用，1表示使用；i节点：文件控制块(FCB)，描述文件信息的一个数据结构；数据区：存放用户数据，包括目录文件。

位示图用以反映整个存储空间的分配情况，由若干字节构成，每个字节中的每一位对应文件存储器中的一块，“1”状态表示相应块已占用，“0”状态表示该块为空闲。

存储块分配时，只要把找到的空闲块所对应的位由"0" 改为"1"，而在释放时，只要把被释放的物理块所对应的位由"1" 改为" 0 " 即可。

分配和释放都可以在内存的位示图上完成，而且速度较快。

磁盘i 节点利用在内存中生成链表或者数组的方法来生成，并且限制磁盘节点数的最大值。

同样内存i 节点利用链表的方法在内存中生成。

同时在往文件中写或者读的时候我们都是对内存中有内容进行读写。

在该文件系统中，规定一个文件最多只能占用2个数据块，这两个数据块可以是不连续的，其块号记录在一个索引块中，该索引块称为inode结构。

读入一个文件时，先根据目录找到相应的i节点号，将i节点读入主存i节点，建立打开文件表指向该主存i节点，再将文件内容读入主存数据区。

- 5 -三、总体设计3.1系统总体框架图3.2系统总体流程图- 6 -- 7 -3.3各模块功能说明format模块功能：格式化文件系统，即初始化文件系统，相当于硬盘的格式化。

将其中原有的用户及用户下的文件系统全部还原初始状态，即没有任何用户和目录、文件，也就是按设计的文件系统格式重建新的文件系统。

get_blknum和release_blk模块功能：实现i节点的分配和回收；算法：当一个新的文件被建立时，在给该文件分配磁盘存储区之前，应为该文件分配存放该文件的说明信息的磁盘i节点。

反之，当从文件系统中删除某个文件时，则要首先删除它的i节点项。

init()模块功能：进入文件系统算法：初始化用户打开文件系表。

在内存中申请一个虚拟存储空间，此空间必须大于或等于可格式化时的空间。

将文件系统文件读入虚拟磁盘。

exit()模块功能：退出文件系统函数exit()算法：将虚拟磁盘内容保存到磁盘上。

释放虚拟磁盘所占据的空间。

撤消用用户打开文件表。

Create()模块功能：创建文件- 8 -用法：creat filename算法：分配一空目录项，分配磁盘块。

可用位示图。

填写该空目录项。

如文件长度（0），文件名，类型等。

分配一个用户打开文件表项，并填写相关目录，读写指针=0。

open()模块功能：打开文件open()用法：open filename算法：if（该文件已打开or该文件不存在）报错(出错信息)。

分配一个用户打开文件表项。

close()模块功能：关闭文件close()用法：close filename算法：释放该文件的用户占据的内存空间。

清空该文件的用户打开文件表目。

write()模块功能：写文件write(fd，buf，len)用法：write filename，需要先打开文件。

算法：指定写入内容长度。

buf。

修改打开文件表读/写指针。

修改目录项中的文件长度。

read()模块功能：read(fd，buf，len)用法：read filename,需先打开文件。

- 9 -算法：文件信息.修改读/写指针。

delete()模块功能：删除文件delete()用法：delete filename算法：若文件不存在，报错。

回收磁盘空间。

回收目录项。

四、详细设计4.1该文件系统的数据结构和申明函数typedef struct{char user_name[10]; // 用户名char password[10]; // 密码} User;typedef struct{short inum; // 文件i节点号char file_name[10]; // 文件名char type; // 文件类型char user_name[10]; // 文件所有者short iparent; // 父目录的i节点号short length; // 文件长度short address[2]; // 存放文件的地址} Inode;// 打开文件表typedef struct{short inum; // i节点号char file_name[10]; // 文件名short mode; // 读写模式(1:read, 2:write, 3:read and write) short offset; // 偏移量} File_table;// 申明函数void login(void); 用户登录，如果是新用户则创建用户void init(void); 程序初始化,将所有i节点读入内存int analyse(char *); 输入参数分析，分析用户命令void save_inode(int); 将num号i节点保存到虚拟磁盘文件hd.dat int get_blknum(void); 申请一个数据块void read_blk(int); 将i节点号为num的文件读入tempvoid write_blk(int); 将temp的内容写入hd.dat的数据区void release_blk(int); 释放文件块号为num的文件占用的空间void pathset(); 打印当前路径void deltree(int innum); 实现删除目录树函数int check(int); 检查用户权限// 用户命令处理函数void help(void); 命令提示帮助函数- 11 -void cd(void); 改变当前目录void dir(void); 显示当前目录下所有文件和目录void mkdir(void); 创建目录void rd(void); 删除目录void creat(void); 创建文件void open(void); 打开void read(void); 读文件void write(void); 写文件void close(void); 关闭文件void del(void); 删除文件void logout(void); 用户注销void command(void); 命令管理函数void format(void); 格式化虚拟磁盘4.2程序设计与实现4.2.1主要函数列表4.2.2函数之间的关系- 13 -五．使用说明1.本程序首次运行（假设当前硬盘目录下还未建立user.txt 和hd.dat 文件）时会提示找不到user.txt 文件，虚拟文件系统不存在，此时程序会提示你是否要建立文件系统，得到你的确认后程序将格式化虚拟磁盘建立虚拟文件系统，并在磁盘当前目录里生成这两个文件。

文件系统建立后便出现用户登录提示。

2.系统首次登录时，当输入用户名和密码后，则提示是否要新建用户。

得到用户确认后即建立了该用户并登录到该用户目录下。

即可在该用户下输入命令进行文件、目录的操作。

3.当文件系统建好后，也有了新的用户，以后就可以用用户名和密码登录该文件系统了。

当再次登录系统时，若输入的用户名不存在，则提示是否要新建用户，得到用户确认后就可以建立新的用户。

当要使用其他用户时，则需要先使用注销用户命令logout 退出当前用户，再按提示输入新的用户名和密码进入新的用户。

main()login() init()command()analyse(help()cd()dir()mkdir()creat()open()read()write()close()del()logout()cls()errcmd(format()exit()rd()save_inode()read_blk()get_blknum(write_blk() release_blk()delet()4.当想要清除该文件系统中所有内容时，可以使用format命令，该命令会象DOS里的format命令一样将你系统中的所有信息全部消除，包括所有用户和所有文件及目录，因此该命令要慎用。