操作系统 实验报告 文件管理

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告

（201 —201 学年第二学期）

课程名称：操作系统开课实验室：年月日

一、实验目的

用C或C++语言编写和调试一个简单的文件系统，模拟文件管理的基本功能。从而

对各种文件操作命令的实质内容和执行过程有比较深入的了解。

二、实验原理及基本技术路线图（方框原理图）

用C模拟实现文件系统的管理；要求设计一个多级目录结构的文件系统，能正确描述文件控制块，采用合理的外存分配方式，能实现基本的目录及文件的操作，包括创建、删除、重命名、复制、移动等功能，并对文件有一定的存取权限控制。

功能设计:

Help 显示命令帮助

dir 显示当前目录下的文件和文件夹

exit 退出系统

create [文件名] 创建文本文件

cdir [目录名] 创建文件夹

read [文件名] 读取一个文件最多可同时读取五个

close[文件名] 关闭一个文件

edit [文件名] 编辑一个文件

cd [目录名] 进子目录或者上级目录

attr [文件名] 显示该文件的属性

del [文件名] 删除文件

rename [文件名] 重命名

编辑功能流程图

删除文件流程图创建文件流程图

核心算法:

bool Format(void); //格式化

bool install(void); //装载虚拟硬盘的数据

void login(void); /用户登陆

void showMenu(void);//显示功能菜单

bool onAction(void);//用户选择功能并执行

void createFile(string str);//创建文件

bool read(string str);//读取文件

void editFile(string str);//编辑文件

void Delete(string str);//删除一个文件

数据结构:

/*---------常变量------*/

const unsigned int BLOCK_SIZE=512; //块长

const unsigned int DATA_BLOCK_NUM=512; //数据块数量

const unsigned int DINODE_START=4*BLOCK_SIZE; //inode起始位置

const unsigned int DINODE_SIZE=512; //inode大小

const unsigned int DINODE_NUM=32; //inode数量

const unsigned int DATASTART=(2+DINODE_NUM)*BLOCK_SIZE; //数据区的开始地址

const unsigned int ACCOUNT_NUM=10; //用户数量

/*inode结构体*/

struct inode{

unsigned short di_tag; /*inode标识*/

unsigned short di_number; /*关联文件数，当为0时表示删除文件,如一个目录至少

包含两个文件:"."和".."*/

unsigned short di_mode; /*存取模式:0为目录,1为文件*/

unsigned short di_userID; /*当前inode所属用户0为根目录ID,一次下去是管理员目

录、用户目录*/

unsigned short di_access; /*访问权限0为不允许普通用户访问(公共目录),1为允许

普通用户访问*/

unsigned short di_size; /*文件大小,目录没有大小,值为0*/

unsigned short di_ctime; /* 创建时间*/

unsigned short di_mtime; /* 最后一次修改时间*/

unsigned short di_block[DATA_BLOCK_NUM]; /* 数据块块地址编号*/

};

/**超级块***/

struct super_block{

unsigned short s_inodes_count; /* 文件系统中inode的总数*/

unsigned short s_blocks_count; /* 数据块总数*/

unsigned short s_r_blocks_count; /* 保留块总数*/

unsigned short s_free_blocks_count; // 空闲块总数

unsigned short s_free_inodes_count; /* 空闲的inode总数*/

unsigned short s_log_block_size; /* block 的大小*/

};

/**账户信息**/

struct user{

unsigned short user_id; //用户ID

unsigned short user_access; //权限

string username; //用户名

string password; //密码

};

/**文件/目录结构**/

struct directory{

string name; /*目录名*/

unsigned short d_ino; /*目录号*/

};

三、所用仪器、材料（设备名称、型号、规格等）。

计算机一台

四、实验方法、步骤

#include

#include

#include

#include

struct OpenFileTable //打开文件表数据结构

{

long offset; // 当前文件读写指针

char file_name[10]; // 文件名数组

long int file_start; // 文件起始块号

long int file_length; // 文件长度（字节）

};

struct FCB_Block //FCB数据结构

{

int flag; // 标志，-1表示未用，1表示文件用

char file_name[10]; // 文件名数组

long int file_date; // 文件建立日期

long int file_time; // 文件建立时间

long int file_start; // 文件起始块号

long int file_length; // 文件长度（字节）

};

struct Super_Block // 超级块数据结构, 文件系统的分区信息，存放在0#物理块中

{

unsigned long int fs_totalsize; // 整个分区的总磁盘物理块数

unsigned long int fs_freesize; // 分区的所有空闲磁盘物理块数

unsigned int fs_blocksize; // 文件系统的物理块大小（字节）

unsigned int fs_fat_start; // FAT的起始磁盘物理块号

unsigned int fs_fat_size; // FAT占用的磁盘物理块数

unsigned int fs_dir_start; // 根目录的起始磁盘物理块号

unsigned int fs_dir_size; // 根目录占用的磁盘物理块数

unsigned int fs_data_start; // 数据区起始磁盘物理块号

unsigned long int fs_data_size; // 数据区的磁盘物理块数

};

const char DiskName[]="FileSys.dat"; //磁盘文件名

char rw_buffer[512]; // 读写使用的缓冲区

struct FCB_Block filefcb[130]; // 读写目录使用的数据结构

struct Super_Block FsSupBlk; // 读写超级块使用的数据结构

long int fat_buffer[5000]; // 读写FAT使用的缓冲区，为简化在系统启动时全部装入内存,0为空闲

struct OpenFileTable OFT[16]; // 打开文件表，当前只使用OFT[0]

unsigned int block_size; // 物理块大小（字节）

unsigned long int total_disk_size; // 磁盘总容量（物理块数）

unsigned int total_dir_size; // 目录占有的物理块数

unsigned int total_fat_size; // FAT占有的物理块数

long int find_fcb; // 记录读FCB块的次数

FILE *fsPtr; // 模拟磁盘的文件指针

/*********************** 磁盘块的申请***********************************/

unsigned long int Get_Block(unsigned long int count) //分配count个物理快,返回首块指针，其它已经连接

{

unsigned long int tmp,firstblk,tmpcount;

unsigned long int i;

int flag=1;

if (count > FsSupBlk.fs_freesize)

{ printf(" ==== 没有足够磁盘容量，不能分配！==== \n"); return 0; }

tmpcount=0;

for(i=FsSupBlk.fs_data_start;i<=FsSupBlk.fs_totalsize;i++)//建立分配链

{

if(fat_buffer[i] == 0) //文件未占有，分配

{

if (flag==1)

{ firstblk=i; flag=-1;}

else

{ fat_buffer[tmp]=i; }

tmp=i;

fat_buffer[i]=-1;

tmpcount++;

if(tmpcount==count) //分配完成

{ FsSupBlk.fs_freesize=FsSupBlk.fs_freesize-count;//减少可分配物理块

return firstblk;

}

}

}

return -1; //分配不成功

}

/*********************** 磁盘块的回收***********************************/

void Put_Block(unsigned long int addr)

{ unsigned long int i,j;

int count;

i=addr; count=0;

while(fat_buffer[i]!=-1)

{

j=fat_buffer[i]; //下一项

fat_buffer[i] = 0;

count++;

i=j;

}

fat_buffer[i] = 0;

FsSupBlk.fs_freesize=FsSupBlk.fs_freesize+count+1;//增加可分配物理块

return;

}

/*********************** 读磁盘块***********************************/

void Read_Block(unsigned long int addr,char *buf)

{

if (addr>FsSupBlk.fs_totalsize)

{ printf(" ==== 超出磁盘容量，不能读！==== \n"); return; }

fseek(fsPtr,FsSupBlk.fs_blocksize*addr,SEEK_SET);

fread(buf,512,1,fsPtr);

return;

}

/*********************** 写磁盘块***********************************/

void Write_Block(unsigned long int addr,char *buf)

{

if (addr>FsSupBlk.fs_totalsize)

{ printf(" ==== 超出磁盘容量，不能写！==== \n"); return; }

fseek(fsPtr,FsSupBlk.fs_blocksize*addr,SEEK_SET);

fwrite(buf,512,1,fsPtr);

return;

}

/*********************** 格式化磁盘***********************************/

void Real_Format()

{

unsigned long int bcount;

long int fatval,i;

char *c;

//更改系统超级块信息

FsSupBlk.fs_totalsize=total_disk_size;

FsSupBlk.fs_blocksize=block_size;

FsSupBlk.fs_dir_start=1;

FsSupBlk.fs_dir_size=total_dir_size;

FsSupBlk.fs_fat_start=total_dir_size+1;

FsSupBlk.fs_fat_size=total_fat_size;

FsSupBlk.fs_data_start=FsSupBlk.fs_fat_start+FsSupBlk.fs_fat_size;

FsSupBlk.fs_data_size = FsSupBlk.fs_totalsize - FsSupBlk.fs_dir_size - FsSupBlk.fs_fat_size-1;

FsSupBlk.fs_freesize= FsSupBlk.fs_data_size;

//初始化目录

for(i=0;i<128;i++) filefcb[i].flag=-1; //为-1表示FCB未使用

fseek(fsPtr,512L,SEEK_SET);

fwrite(&filefcb[0],sizeof(struct FCB_Block),128,fsPtr);

//初始化FAT

fatval=FsSupBlk.fs_fat_start*512;

fseek(fsPtr,fatval,SEEK_SET); //定位文件指针

bcount=FsSupBlk.fs_fat_size+FsSupBlk.fs_dir_size+1;

for(i=0;i

for(;i

fwrite(&fat_buffer[0],sizeof(long int),FsSupBlk.fs_totalsize,fsPtr);

//初始化数据区

for(i=0;i<512;i++) rw_buffer[i]=' ';//缓冲区清空

for(i=FsSupBlk.fs_data_start;i

}

/***********************新建系统磁盘文件

***********************************/

void Create_Disk()

{

long int i;

unsigned long int total;

fsPtr=fopen(DiskName,"wb+");

if(fsPtr==NULL)

{

printf(" 不能建立磁盘所需的文件!\n");

exit(0);

}

// 建立磁盘文件

total=total_disk_size;

for(i=0;i

fwrite(rw_buffer,512,1,fsPtr);

fclose(fsPtr);

fsPtr=fopen(DiskName,"rb+");

Real_Format();

return;

}

/***********************读写系统超级块信息

***********************************/

void Read_Boot() //读取磁盘超级块数据信息

{

rewind(fsPtr);

fread(&FsSupBlk,sizeof(struct Super_Block),1,fsPtr);

return;

}

void FileBoot() //超级块数据信息存盘

{

rewind(fsPtr);

fwrite(&FsSupBlk,sizeof(struct Super_Block),1,fsPtr);

return;

}

/***********************FAT操作***********************************/

void LoadFat() //装载全部FAT到内存

{

fseek(fsPtr,FsSupBlk.fs_fat_start*512,SEEK_SET);

fread(fat_buffer,sizeof(long int),FsSupBlk.fs_totalsize ,fsPtr);

return;

}

void SaveFat() //FAT到文件FAT区

{

fseek(fsPtr,FsSupBlk.fs_fat_start*512,SEEK_SET);

fwrite(fat_buffer,sizeof(long int),FsSupBlk.fs_totalsize,fsPtr);

return;

}

/***********************显示超级块信息***********************************/ void boot_dis()

{

printf("FsSupBlk.fs_totalsize=%ld\n",FsSupBlk.fs_totalsize);

printf("FsSupBlk.fs_blocksize=%d\n",FsSupBlk.fs_blocksize);

printf("FsSupBlk.fs_dir_start=%d\n",FsSupBlk.fs_dir_start);

printf("FsSupBlk.fs_dir_size=%d\n",FsSupBlk.fs_dir_size);

printf("FsSupBlk.fs_fat_start=%d\n",FsSupBlk.fs_fat_start);

printf("FsSupBlk.fs_fat_size=%d\n",FsSupBlk.fs_fat_size);

printf("FsSupBlk.fs_data_start=%d\n",FsSupBlk.fs_data_start);

printf("FsSupBlk.fs_data_size=%ld\n",FsSupBlk.fs_data_size);

printf("FsSupBlk.fs_freesize=%ld\n",FsSupBlk.fs_freesize);

}

/***********************系统初始化***********************************/

void Sys_Init() //初始化

{

fsPtr=fopen(DiskName,"rb+");

if(fsPtr == NULL) Create_Disk();

Read_Boot();

//boot_dis();

LoadFat();

return;

}

/***********************显示操作***********************************/

void dir() //显示目录下的文件

{

int i,countFile=0;

char str[16];

long int n,pos_dir,pos_fat;

cout<

pos_dir=FsSupBlk.fs_dir_start*512;

pos_fat=FsSupBlk.fs_fat_start*512;

fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET);

while(ftell(fsPtr)

{

fread(&filefcb[0],sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr);

for(i=0;i<16;i++)

if(filefcb[i].flag == 1) //文件占有

{

countFile++;

n = filefcb[i].file_length;

printf(" %-15s<%s>%15d bytes\n", filefcb[i].file_name,"file",n);

}

}

cout<

printf(" 总共有%d 个文件\n",countFile);

printf(" 系统总共有%ld 个物理块可用\n\n",FsSupBlk.fs_freesize);

}

/*************************查找文件*******************************/ //查找文件,文件存在返回当前FCB数组下标，否则返回-1

int Find_File(char *filename)

{

int i;

long int pos_dir,pos_fat;

pos_dir=FsSupBlk.fs_dir_start*512;

pos_fat=FsSupBlk.fs_fat_start*512;

find_fcb=0;

fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET);

while(ftell(fsPtr)

{ find_fcb++;

fread(&filefcb[0],sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr);

for(i=0;i<16;i++)

if(filefcb[i].flag!=-1)

{ if(strcmp(filename,filefcb[i].file_name) == 0) return i;} //文件存在

}

return -1;

}

/*************************创建文件*******************************/

void create(char *fname,long int num) //在当前目录下创建一个名字为str的文件，长度为num

{

int i,j; //true表示没有与该名字重名的文件

int tempnode;

long int pos_dir,getnum=0;

unsigned long int blkcount;

blkcount= num/512+1; //计算需要的物理块

if(FsSupBlk.fs_freesize < blkcount) //磁盘没有足够空间{

printf("\n 磁盘没有足够空间，不能建立！\n\n");

return;

}

tempnode=Find_File(fname);

if (tempnode!=-1) //表示文件存在

{ printf("\n 文件已经存在，不需要建立！\n\n"); return;} // 建立文件的处理

pos_dir=FsSupBlk.fs_dir_start*FsSupBlk.fs_blocksize; fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET); //定位到目录区

for(i=0; i

{

//Read_Block(i+FsSupBlk.fs_dir_start,(char *)filefcb);

fread(&filefcb[0],sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr);

for(j=0;j<16;j++)

if(filefcb[j].flag == -1) //找到空目录项

{

// 分配空间, 标记FCB数据项，并将FCB写磁盘

getnum=Get_Block(blkcount);

if(getnum==-1){ printf("不能分配存储空间\n");return;}

filefcb[j].file_start=getnum;

filefcb[j].flag = 1;

filefcb[j].file_length=num;

strcpy(filefcb[j].file_name,fname);

//filefcb[].file_time=

//filefcb[].file_date=

// 改变磁盘FCB值

pos_dir=pos_dir+sizeof(struct FCB_Block)*(i*16+j);

fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET); //定位到目录区的FCB项

fwrite(&filefcb[j],sizeof(struct FCB_Block),1 ,fsPtr);

//Write_Block(i+FsSupBlk.fs_dir_start,(char *)filefcb);

printf(" 文件占用了%d 个物理块\n",blkcount);

printf(" 系统还有%ld 个物理块可用\n\n",FsSupBlk.fs_freesize);

return;

}

}