操作系统实验五-文件系统

计算机科学与技术学院2018－2019学年第一学期《操作系统》实验报告班级： XXXXXXX学号： XXXXXXXXX姓名： XXX教师： XXX成绩：1. 题目分析1.1 设计目的深入了解磁盘文件系统的实现。

1.2 设计内容（1）设计一个简单的文件系统，用文件模拟磁盘，用数组模拟缓冲区，要求实现：（2）支持多级目录结构，支持文件的绝对读路径；（3）文件的逻辑结构采用流式结构，物理结构采用链接结构中的显示链接方式；（4）采用文件分配表；（5）实现的命令包括建立目录、列目录、删除空目录、建立文件、删除文件、显示文件内容、打开文件、读文件、写文件（追加方式）、关闭文件、改变文件属性。

（6）最后编写主函数对所做工作进行测试。

1.3 相关知识概述（1）文件的操作：①创建文件；②删除文件；③读文件；④写文件；⑤设置文件读/写位置。

（2）文件的逻辑结构：从用户的观点出发所能观察到的文件组织形式，即问价是由一系列的逻辑记录组成的，是用户可以直接处理的数据及其结构。

文件的物理结构：系统将文件存储在外存上所形成的一种存储组织形式，用户不可见。

（3）磁盘空间的管理:采取合理的文件分配方式，为每个文件分配必要的存储空间，使每个文件都能“各得其所”，并能有效减少磁盘碎片。

（4）磁盘目录结构2. 实验设计2.1基本设计思路用一个文件模拟磁盘：FAT 根目录目录1目录2目录3目录4…文件1文件2…文件分配表FAT（128B）：第几项0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 …内容-1 -1 -1 4 9 0 7 8 -1 12 …根目录（64B）目录1（64B）目录6（64B）目录……….实验中，模拟的磁盘有128块，每块64B，故文件分配表有128项，每项3一个字节，共占磁盘的前两块，盘块编号0、1；根目录紧邻在文件分配表后面，占编号为2的盘块。

8B8B8B8B8B8B8B8B文件管理系统要实现的功能包括：（1）磁盘操作：①磁盘分配（2）目录操作：①建立目录②显示目录内容③删除空目录（3）文件操作：①建立文件②打开文件③关闭文件④读文件⑤写文件⑥删除文件（磁盘回收）⑦显示文件内容⑧改变文件属性⑨使用绝对路径名查找文件（4）对数据结构——已打开文件表的操作：①在已打开文件表中查找某文件②将文件从已打开文件表中删除③将某文件插入已打开文件表2.2 主要数据结构描述1、每个目录项的数据结构（8B）：typedef struct{char name[3]; // 文件/目录名char type[2]; //文件类型目录未使用字节（填充空格）int attribute;//属性int startnum; //起始盘块号int length;//文件长度目录未使用字节（填充0）}DF_item;2、已打开文件表项类型：typedef struct {char name[20]; //文件绝对路径名char attribute; //文件的属性，用1个字节表示，所以采用char类型int number; //文件起始盘块号int length; //文件长度，文件占用的字节数int flag; //操作类型，用“0”表示以读操作方式开文件，用“1”表示写操作方式打开文件pointer read; //读文件的位置，文件打开时dnum为文件起始盘块号，bnum为“0”pointer write; //写文件的位置，文件刚建立时dnum为文件起始盘块号，bnum 为“0”，打开文件时dnum和bnum为文件的末尾位置}OFILE;3、已打开文件登记表：struct{OFILE file[n]; //已打开文件登记表int length; //已打开文件登记表中登记的文件数量}openfile;2.3 主要算法描述（1）磁盘分配：（2）对已打开文件表的操作： ①在已打开文件表中查找某文件：开始找到文件分配表第 x 项， i=x第 i 项值是否为第 i 项是否为最后 一项？磁盘满，分配失败结束i=i+1分配第 i 块NYNY图 2-10 分配一个磁盘块的流程图②将某文件从已打开文件表中删除结束 查找路径名为 pname 的文件i=0i 为已打开文件 表一栏？查找成功 结束查找失败i=i+1文件路径名相符？NNYY开始删除路径名为 n ame 的文件 在已打开文件表中查找路径名为 n ame 的登记项i 找到该文件登记项？删除第 i 项：openfile.file[i]=openfile[openfile.length-1]openfile.length=openfile.length-1结束文件没有打开， 删除失败NY 图2-13 在已打开文件表中查找某文件图2-14 将某文件从已打开文件表中删除的流程图③将某文件插入已打开文件表（3）目录操作：①建立目录结束插入路径名为n ame 的文件在已打开文件表中查找路径名为n ame的登记项找到该文件登记项？已打开文件表已满？文件登记表满，无法打开文件结束在o penfile.file[length]处填写该文件的各项内容：openfile.length=openfile.length+1文件已打开YNYN图2-15将某文件插入已打开文件表的流程图②显示目录内容③删除空目录删除空目录首先要找到该目录，如果目录不存在，指令执行失败；如果存在，但是根目录或非空目录，显示不能删除，操作失败；若是非空子目录，则删除其目录项并回收对应空间。

删除空目录的过程和删除文件的过程相似，流程可参考文件的删除过程。

开始 显示路径名为 name 的目录 查找目录 n ame找到该目录？该目录项起始盘块 号 d num ；第 d num 块 内容读入 b uffer2指定目录不存在，显示目录 内容失败结束t=0查 b uffer2 中第 t 个目录项第 t 项是空目录项？显示该目录内容第 t 项是该盘块最后一项？结束t=t+1NYNYYN图 2-24 显示目录内容的流程图（4）文件操作：①建立文件②打开文件③关闭文件结束打开路径名为 p name 的文件查找文件的目录项找到该文件目录项文件属性与操作类型相符在已打开文件表中 插入该文件登记项结束文件不存在 ,无法打开文件操作不合法无法打开文件NYY N图 2-17 打开文件的流程图④读文件开始 关闭文件路径名为 name 的文件 查找已打开文件表文件打开？ 追加文件结束符修改目录中文件长度 结束文件未打开， 无法关闭文件结束在已打开文件表中删 除该文件登记项操作为 “ 写 ” ？NNY Y图 2-20 模拟关闭文件的流程图⑤写文件开始读 n ame 文件 l ength 字节 查找已打开文件表文件打开文件以读方式打开从已打开文件表的到读指针 :将盘块 d um 读入缓冲b uffer1 文件未打开 , 无法读文件结束文件不能读结束t=0文件未结束且 t<=length显示读出内容； 修改读指针的 b unum: bnum=bnum+1t=t+1读完一个盘块修改读指针 bnum=0; :dnum= 文件分配表第 n um 项将盘块 d num 读入缓冲 b uffer1读文件结束 结束NYNNNYYY⑥删除文件（磁盘回收）⑦显示文件内容⑧改变文件属性改变文件属性，首先查找该文件，如果不存在，结束；如果存在，检査文件是否打开，打开不能改变属性；没有打开，根据要求改变目录项中属性值。

⑨使用绝对路径名查找文件结束 显示路径名为 name 的文件 查找目录 n ame找到该文件？文件打开？dnum= 该目录 起始盘块号第 d num 块是 该文件一块？第 d num 块内容读入 buffer1 显示 b uffer1 中的内 容结束或到文件结束符dnum=FAT 第d num 项 结束结束文件打开，显 示文件失败结束指定的文件不存在，显示文件内容失败NYNYNY3. 编码实现3.1 实现过程总结部分功能代码：（1）目录操作：①建立目录：int md(char *pathName, char *contentName, char address) //建立目录{int dnum;int bnum;int cbnum;int size = strlen(contentName);bool result = search_by_rname(pathName, 0, &dnum, &bnum, &cbnum);if (result == false){return 0; //返回值为0代表绝对路径输入有误，重新建立}content cn;int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){[i] = 255;}for (i = 0; i < size; i++) //为新建的name字段进行赋值{[i] = contentName[i];}[i] = '\0';cn.type[0] = ' ';cn.type[1] = ' ';cn.attribute = 8;cn.address = address;cn.length = ' ';int result1 = search(dnum);if (result1 == -1){return 2; //表示所选的父目录中没有空间}if (!isBlockEmpty(address)){return 3;}fseek(fc, address, SEEK_SET);unsigned char c1 = getc(fc);if (c1 == 254){return 4;}fseek(fc, dnum * 64 + result1, SEEK_SET);content c[1];c[0] = cn;fwrite(c, 8L, 1, fc);fseek(fc, (int)address, SEEK_SET);putc(255, fc);for (int i = 0; i < 8; i++){contentBuffer[i].name[0] = '$';}fseek(fc, address * 64, SEEK_SET);fwrite(contentBuffer, 64L, 1, fc);return 1; ///1代表创建目录}②显示目录内容：int dir(char *pathName){int dnum;int bnum;int cbnum;bool result =search_by_rname(pathName, 0, &dnum, &bnum, &cbnum);if (result == false){return 0; //路径查找失败}fseek(fc, dnum * 64, SEEK_SET);fread(contentBuffer, 64L, 1, fc);for (int i = 0; i < 8; i++){cout << "第" << i + 1 << "项的内容是:" << endl;if (contentBuffer[i].attribute == 8) //这是一个目录{cout << "名字:" << contentBuffer[i].name << endl;cout << "类型:空" << endl;cout << "属性：目录项" << endl;cout << "起始地址:" << (int)contentBuffer[i].address << endl;cout << "长度：1" << endl << endl;}else if (contentBuffer[i].name[0] == '$'){cout << "一个空的目录登记项" << endl;}else{cout << "名字:" << contentBuffer[i].name << endl;cout << "类型:" << contentBuffer[i].type << endl;if (contentBuffer[i].attribute == 3){cout << "属性：只读系统文件" << endl;}else{cout << "属性：可读可写的普通文件" << endl;}cout << "起始地址:" << (int)contentBuffer[i].address << endl;cout << "长度" << (int)contentBuffer[i].length << endl << endl;}}}（2）文件操作：①建立文件：bool create_file(){//让用户输入文件所在的绝对路径char absolutePath[20];getchar();cout << "请输入文件所在的绝对路径：";gets_s(absolutePath, 20);//检查目录是否存在int dnum;//该目录所在的磁盘盘块号int a;if (!search_by_rname(absolutePath, 1, &dnum, &a, &a)){cout << "路径不存在！" << endl;return false;}//检查该目录中是否有空余的登记项的位置int bnum = search1(dnum);if (bnum == -1){cout << "该路径下没有空余的登记项位置！" << endl;return false;}//让用户输入待建立文件的文件名char fileName[3];cout << "请输入文件名：";gets_s(fileName, 3);//检查文件名是否重名if (isRename(fileName, dnum) == false){cout << "文件名重名！" << endl;return false;}//输入文件属性cout << "请输入文件属性[A(只读文件) B(系统文件) C(只读系统文件) D(普通文件)]： "; char attributeByletter;cin >> attributeByletter;char attribute;switch (attributeByletter){case'A':attribute = 1;break;case'B':attribute = 2;break;case'C':attribute = 3;break;case'D':attribute = 4;break;default:cout << "没有该文件类型！" << endl;return false;}//让用户输入文件类型char type[3];cout << "请输入文件类型：";getchar();gets_s(type, 3);//在文件分配表中找一个空闲的盘块分配给该文件int freeDiskFileNum;if (findfree_FAT(&freeDiskFileNum) == false){cout << "磁盘空间已满！" << endl;return false;}fseek(fc, freeDiskFileNum, SEEK_SET);//将FAT对应位置填255表示该块被占用int useDisk = 255;fwrite(&useDisk, 1L, 1, fc);char star = '*';//将对应的盘块全部写星星fseek(fc, 64 * freeDiskFileNum, SEEK_SET);for (int i = 0; i < 64; i++){fwrite(&star, 1L, 1, fc);}//在该目录中添加该文件登记项content newitem;strcpy(, fileName);strcpy(newitem.type, type);newitem.attribute = attribute;newitem.address = freeDiskFileNum;newitem.length = 1;//刚创建时问价大小为满块64fseek(fc, dnum * 64 + bnum, SEEK_SET);fwrite(&newitem, 8L, 1, fc);}②打开文件：int open_file(char *pathName, int flag){int dnum; //下一跳的盘块号int bnum; //当前文件或者目录登记项所在的盘块号int cbnum; //当前登记项在当前盘块的偏移量bool result = search_by_rname(pathName, 1, &dnum, &bnum, &cbnum);if (result == false){return 0; //路径查找失败}OFILE cu;int i;for (i = 0; i < strlen(pathName); i++){[i] = pathName[i];}[i] = '\0';fseek(fc, bnum * 64 + cbnum, SEEK_SET);content temp[1];fread(temp, 8L, 1, fc);cu.attribute = temp[0].attribute;cu.number = temp->address;cu.length = temp->length;cu.flag = flag;pointer read, write;read.dnum = dnum;read.bnum = 0;write.dnum = dnum;write.bnum = 0;cu.write = write;cu.read = read;openfile.push_back(cu);return 3;}③关闭文件：int close_file(char *pathName){list<OFILE>::iterator it;int i = 0;for (it = openfile.begin(); it != openfile.end();) {if (strcmp(it->name, pathName) == 0){it = openfile.erase(it);return 1;}else{++it;}}return 0;}④读文件：bool read_file(char *pathName){int a;unsigned char c;bool flag = false;OFILE exist;list<OFILE>::iterator it;int i = 0;for (it = openfile.begin(); it != openfile.end(); it++){if (strcmp(it->name, pathName) == 0){exist = *it;flag = true;break;}}if (flag == false){return flag;}int dnumTemp = exist.read.dnum;fseek(fc, 64 * exist.read.dnum, SEEK_SET);for (i = 0; i < exist.length; i++){cout << "第" << exist.read.dnum << "个盘块内容如下：" << endl;while (exist.read.bnum<64){if (exist.read.bnum % 8 == 0){cout << endl;}c = getc(fc);a = c;cout << hex << " " << a;exist.read.bnum++;}exist.read.bnum = 0;fseek(fc, exist.read.dnum, SEEK_SET);c = getc(fc);if (c == 255){cout << "文件末尾" << endl;break;}exist.read.dnum = c;fseek(fc, exist.read.dnum * 64, SEEK_SET);cout << endl;}return flag;}⑤写文件：bool write_file(char *pathName){int dnum; //下一跳的盘块号int bnum; //当前文件或者目录登记项所在的盘块号int cbnum; //当前登记项在当前盘块的偏移量int a;unsigned char c;bool flag = false;OFILE exist;list<OFILE>::iterator it;int i = 0;for (it = openfile.begin(); it != openfile.end(); it++) {if (strcmp(it->name, pathName) == 0){exist = *it;flag = true;break;}}if (flag == false){return flag;}cout << "当前文件的内容为" << endl;read_file(pathName);int userDnum, userBnum;cout << "请输入要修改的文件位置：" << endl;cout << "输入盘块号:";cin >> userDnum;cout << "输入块内地址:";cin >> userBnum;string s;cout << "请输入要修改的内容：" << endl;cin >> s;int UserLength = s.size();fseek(fc, userDnum * 64 + userBnum, SEEK_SET);exist.write.dnum = userDnum;exist.write.bnum = userBnum;int newDisk;for (int i = 0; i < UserLength; i++){putc(s[i], fc);exist.write.bnum++;if (exist.write.bnum>63){fseek(fc, exist.write.dnum, SEEK_SET);if (i + 1 == UserLength){return flag;}else{c = getc(fc);cout << hex << (int)c << endl;if (c == 255){findfree_FAT(&newDisk);unsigned char newd = newDisk;getchar();fseek(fc, exist.write.dnum, SEEK_SET);int ascall = fputc(newd, fc);fseek(fc, 3, SEEK_SET);unsigned char check = getc(fc);exist.write.dnum = newDisk;search_by_rname(pathName, 1, &dnum, &bnum, &cbnum);fseek(fc, bnum * 64 + 7, SEEK_SET);putc(++exist.length, fc);}else{exist.write.dnum = c;}exist.write.bnum = 0;fseek(fc, exist.write.dnum * 64, SEEK_SET);}}}return flag;}⑥使用绝对路径名查找文件：bool search_by_rname(char *name, int flag, int *dnum, int *bnum, int *cbnum){int length = strlen(name);list<string> pathCollection;*dnum = -1;if (name[0] == '/'&&name[1] == '\0') //如果路径只有‘/’，说明是根目录。