操作系统课程设计报告Linux二级文件系统设计.docx
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操作系统课程设计报告Linux二级文件系统设计
操作系统课程设计报告：
Linux二级文件系统设计
操作系统课程设计报告
专业：
计算机科学与技术
学号：
********
姓名：
***
提交日期：
2013-3-8
【设计目的】
（1）本实验的目的是通过一个简单多用户文件系统的设计，加深理解文件系统的内部功能和内部实现。
（2）结合数据结构、程序设计、计算机原理等课程的知识，设计一个二级文件系统，进一步理解操作系统。
（3）通过分对实际问题的分析、设计、编程实现，提高学生实际应用、编程的能力
【设计内容】
二级文件系统设计
【实验环境】
C++/VC++
【相关知识综述】
1.背景知识
（1）外存管理
文件系统是一个含有大量的文件及其属性，对文件进行操作、管理的软件，以及向用户提供使用文件的接口的一个集合。
在逻辑上它的层次结构是这样的：
文件系统接口
对对象的操作和管理的软件集合
逻辑文件系统
基本I/O管理程序（文件组织模块）
基本文件系统（物理I/O层）
I/O控制层（设备驱动程序）
对象及其属性说明
作为产品的操作系统有各自的文件系统。
比如MS的WINDOWS系列使用的是FAT16、FAT32或NTFS的文件系统、LINUX使用的是EXT2、EXT3文件系统等等。
（2）linux的EXT2文件系统
linux使用一个叫虚拟文件系统的技术从而可以支持多达几十种的不同文件系统，而EXT2是linux自己的文件系统。
它有几个重要的数据结构，一个是超级块，用来描述目录和文件在磁盘上的物理位置、文件大小和结构等信息。
inode也是一个重要的数据结构。
文件系统中的每个目录和文件均由一个inode描述。
它包含：
文件模式（类型和存取权限）、数据块位置等信息。
一个文件系统除了重要的数据结构之外，还必须为用户提供有效的接口操作。
比如EXT2提供的OPEN/CLOSE接口操作。
（3）用内存来模拟外存
真正的文件系统对外存进行管理，涉及到许多硬件、设备管理方面的底层技术，一方面这些技术不属于操作系统核心内容，一方面过多的内容不免造成实验者顾此失彼，所以这里推荐一种使用内存来模拟外存的方式，可以跳过这些硬件技术而直接把精力放在数据结构设计和操作算法设计上面。
假定pInode是一个指向inode结构的指针，而且它已经放入的需要放入的数值了，现在需要将其写入到特定位置。
可用如下代码：
……
fd=fopen（“filesystem”,”w+b”）；//fd是FILE指针类型，w便是写方式，b表示二进制
fseek（fd,specific_area,SEEK_SET）；//fd是文件指针；specific_area为整形，
//为需要入pInode的位置
fwrite（pInode,sizeof（inode）,1,fd）；//写入pInode信息
2、原理算法
本文件系统采用两级目录，其中第一级对应于用户账号，第二级对应于用户帐号下的文件。
另外，为了简便文件系统未考虑文件共享，文件系统安全以及管道文件与设备文件等特殊内容。
首先应确定文件系统的数据结构：
主目录、子目录及活动文件等。
主目录和子目录都以文件的形式存放于磁盘，这样便于查找和修改。
用户创建的文件，可以编号存储于磁盘上。
如：
file0,file1,file2…并以编号作为物理地址，在目录中进行登记。
【设计思路】
1、数据结构
#defineMAXNAME25/*mfdname,ufdname,filename的最大长度*/
#defineMAXCHILD50/*最大的子文件个数*/
#defineMAX（MAXCHILD*MAXCHILD）/*物理地址计数fpaddrno的最大长度*/
typedefstruct/*结构体OSFILE（文件）*/
{
intfpaddr;/*文件的物理地址号0,1,2...*/
intflength;/*文件的长度*/
intfmode;/*文件模式:
0-ReadOnly;1-WriteOnly;2-ReadandWrite;3-protrcted;*/
charfname[MAXNAME];/*文件名*/
}OSFILE;
typedefstruct/*结构体OSUFD（用户目录）*/
{
charufdname[MAXNAME];/*ufd的名字*/
OSFILEufdfile[MAXCHILD];/*ufd自己的文件*/
}OSUFD;
typedefstruct/*结构体OSUFD'LOGIN（用户注册）*/
{
charufdname[MAXNAME];/*ufd的名字*/
charufdpword[8];/*ufd的密码*/
}OSUFD_LOGIN;
typedefstruct/*文件打开模式*/
{
intifopen;/*打开情况:
0-close,1-open*/
intopenmode;/*读写模式0-readonly,1-writeonly,2-readandwrite*/
}OSUFD_OPENMODE;
OSUFD*ufd[MAXCHILD];/*ufd及ufd自己的文件（指针型）*/
OSUFD_LOGINufd_lp;/*建立了一个OSUFD_LOGIN型的ufd_lp*/
intucount=0;/*mfd的ufd的个数*/
intfcount[MAXCHILD];/*ufd自己的文件个数*/
intloginsuc=0;/*是否成功登陆，1成功*/
charusername[MAXNAME];/*记录注册的用户名*/
chardirname[MAXNAME];/*记录文件当前的目录*/
intfpaddrno[MAX];/*记录文件的物理地址num*/
OSUFD_OPENMODEifopen[MAXCHILD][MAXCHILD];/*创建一个OSUFD_OPENMODE型的数组用于记录每个文件的打开情况和读写模式*/
FILE*fp_mfd,*fp_ufd,*fp_file_p,*fp_file;/*定义FILE*型的文件指针,用于读文件*/
2、主要的函数说明
voidLoginF（）/*用户注册登录*/
voidDirF（）/*显示文件系统的所有文件*/
voidCdF（）/*改变路径*/
voidCreateF（）/*创建文件*/
voidDeleteF（）/*删除文件*/
voidModifyFM（）/*改变文件模式*/
voidOpenF（）/*打开文件*/
voidCloseF（）/*关闭文件*/
voidReadF（）/*读文件*/
voidWriteF（）/*写文件*/
voidQuitF（）/*退出文件系统*/
voidclrscr（）/*清屏*/
voidhelp（void）/*帮助*/
其他重要辅助函数：
char*rtrim（char*str）/*移除最右边的空格*/
char*ltrim（char*str）/*移除最左边的空格*/
voidSetPANo（intRorW）/*设置物理地址号（表示该地址号是否被用了0-未用,1-已用）,RorW是0-read,1-write*/
voidInputPW（char*password）/*输入密码并使用'*'代替*/
intExistD（char*dirname）/*目录是否存在,存在返回第i个,不存在返回0*/
intExistF（char*filename）/*文件是否存在,返回返回第i个,不存在返回0*/
intFindPANo（）/*找出要分配的物理地址号*/
intWriteF1（）/*创建文件中的写文件*/
3、程序流程设计：
对于自己实现的4个功能：
（1）open（）:
进入open（）
当前用户名和当前目录相同？
N
Y
请转到当前用户名目录下
当前文件存在？
（文件号>0）
输入要打开的文件名，并查找对应的文件号
Y
该文件不存在
N
确定当前用户的用户号
该文件已经打开？
N
该文件已经打开，不用再打开
Y
该文件可以被打开？
（不是protect型的）
Y
该文件是protect的，不能打开
打开文件
N
返回主函数
（2）close（）:
进入close（）
当前用户名和当前目录相同？
N
Y
请转到当前用户名目录下
当前文件存在？
（文件号>0）
输入要关闭的文件名，并查找对应的文件号
Y
该文件不存在
N
确定当前用户的用户号
该文件是关闭的？
N
该文件未打开，不用关闭
Y
Y
关闭文件
返回主函数
（3）write（）:
确定文件路径
写入内容到文件中
记录文件长度
返回主函数
（4）delete
【源程序清单】
Open，close，write、，delete函数代码如下：
voidOpenF（）/*打开文件*/
{
charfname[MAXNAME];
inti,k;
if（strcmp（strupr（dirname）,strupr（username））!
=0）/*用户名和当前目录不同*/
{
printf（"\nError!
Youcanonlyopenfileinyourselfdir.\n"）;
}
else/*用户名和当前目录相同了*/
{
printf（"\nPleaseinputFileName:
"）;
gets（fname）;
ltrim（rtrim（fname））;/*去除空格*/
i=ExistF（fname）;/*文件是否存在并返回第几个文件号*/
if（i>=0）/*文件存在*/
{
k=ExistD（username）;/*根据用户名确定用户号*/
if（ifopen[k][i].ifopen==1）/*该文件已经打开*/
{
printf（"\nError.file\'%s\'hadbeenopened,itcannotbeopenedagain.\n",fname）;
}
else/*该文件还未打开*/
{
if（（ufd[k]->ufdfile[i].fmode==0）||（ufd[k]->ufdfile[i].fmode==1）||（ufd[k]->ufdfile[i].fmode==2））/*该文件的属性是可以被打开的*/
{
ifopen[k][i].ifopen=1;/*打开,将ifopen设为1*/
ifopen[k][i].openmode=（ufd[k]->ufdfile[i].fmode）;/*将ifopen.openmode设为该文件的模式*/
printf（"\'%s\'hasbeenopenedsuccessfully!
",fname）;
}
else/*保护模式的文件不能被打开*/
printf（"\n\'%s\'isaprotectedfile,itcannotbeopened.",fname）;
}
}
else/*文件不存在*/
{
printf（"\nError.\'%s\'dosenotexist.\n",fname）;
}
}
}
voidCloseF（）/*关闭文件*/
{
charfname[MAXNAME];
inti,k;
if（strcmp（strupr（dirname）,strupr（username））!
=0）/*用户名和当前目录不同*/
{
printf（"\nError.Youcanonlymodifyfilemodeinyourselfdir.\n"）;
}
else/*用户名和当前目录相同了*/
{
printf（"\nPleaseinputFileName:
"）;
gets（fname）;
ltrim（rtrim（fname））;/*去除空格*/
i=ExistF（fname）;/*文件是否存在并返回第几个文件号*/
if（i>=0）/*文件存在*/
{
k=ExistD（username）;/*根据用户名确定用户号*/
if（ifopen[k][i].ifopen==0）/*该文件未打开*/
{
printf（"\nError.\'%s\'hasbeenclosed.youcannotcloseitagain.\n",fname）;
}
else/*该文件已打开*/
{
ifopen[k][i].ifopen=0;/*关闭,置为0*/
ifopen[k][i].openmode=4;/*修改打开模式为初始的打开模式*/
printf（"\'%s\'hasbeenclosedsuccessfully!
",fname）;
}
}
else/*文件不存在*/
{
printf（"\nError.\'%s\'dosenotexist.\n",fname）;
}
}
}
voidDeleteF（）/*删除文件*/
{
charfname[MAXNAME];
inti,k,x;
charstr[255],str1[255];
if（strcmp（strupr（dirname）,strupr（username））!
=0）/*用户名和当前目录不同*/
{
printf（"\nError.Youcanonlydeletefileinyourselfdir.\n"）;
}
else/*用户名和当前目录相同了*/
{
printf（"\nPleaseinputFileName:
"）;
gets（fname）;
ltrim（rtrim（fname））;/*去除空格*/
i=ExistF（fname）;/*文件是否存在并返回第几个文件号*/
if（i>=0）/*文件存在*/
{
k=ExistD（username）;/*根据用户名确定用户号*/
if（ufd[k]->ufdfile[i].fmode==3）/*该文件的属性是protect的*/
{
printf（"\n\'%s\'isaprotectedfile,itcannotbedeleted.",fname）;
}
else/*该文件的属性不是protect的可以删除*/
{
if（ifopen[k][i].ifopen==1）/*该文件已打开不能删*/
printf（"\n\'%s\'hasbeenopened,itcannotbedeleted.",fname）;
else/*关闭的可以删*/
{
itoa（ufd[k]->ufdfile[i].fpaddr,str,10）;/*itoa是将整型转换为字符串,存入str中,10代表10进制*/
strcpy（str1,"file"）;
strcat（str1,str）;/*str连到str1后*/
strcpy（str,"c:
\\osfile\\file\\"）;/*文件目录拷到str中*/
strcat（str,str1）;/*把str1连入,最后str为c:
\\osfile\\file\\filex*/
x=_unlink（str）;/*删除路径为str的文件,删除成功返回0,否则返回-1*/
fpaddrno[ufd[k]->ufdfile[i].fpaddr]=0;/*把删除后的地址号置为未用*/
for（i;i<（fcount[k]-1）;i++）
{
ufd[k]->ufdfile[i]=ufd[k]->ufdfile[i+1];/*删除的文件后面的文件向前移*/
}
fcount[k]--;/*删除后第k个用户的文件数减1*/
printf（"\'%s\'hasbeendeletedsuccessfully!
",fname）;
}
}
}
else/*文件不存在*/
{
printf（"\nError.\'%s\'dosenotexist.\n",fname）;
}
}
}
voidWriteF（）/*写文件*/
{
charstr[50],str1[50];
inti,k,n=0;
charfname[MAXNAME];
char*rtrim（char*str）;
char*ltrim（char*str）;/*移除空格*/
intExistF（char*filename）;/*文件名是否存在返回文件号,Exist-i,NotExist-0*/
intExistD（char*dirname）;
if（strcmp（strupr（ltrim（rtrim（dirname）））,""）==0）/*如果当前目录为空（主目录）*/
{
printf（"\nError.Pleaseconverttoufddirbeforewrite.\n"）;/*必须转到用户目录下*/
return;
}
else
{
printf（"\nCaution:
Openfilefirst\n"）;
printf（"OpenedFile（s）List:
\n"）;
k=ExistD（dirname）;/*第几个用户*/
for（i=0;i{
if（ifopen[k][i].ifopen==1）/*如果文件已打开*/
if（（ifopen[k][i].openmode==0）||（ifopen[k][i].openmode==2））/*可以读*/
{
printf（"%15s",ufd[k]->ufdfile[i].fname）;/*输出这个已打开的可读的文件名*/
n++;
}
if（（n%4==0）&&（n!
=0））
printf（"\n"）;/*4个换行*/
}
printf（"\n%dfilesopenned.\n",n）;
if（n==0）/*无打开的文件,返回*/
return;
if（n!
=0）/*有打开的文件*/
{
printf（"\nPleaseinputFileName:
"）;
gets（fname）;
ltrim（rtrim（fname））;/*移除空格*/
i=ExistF（fname）;/*第几个文件号*/
if（i>=0）/*文件存在*/
{
if（ifopen[k][i].ifopen==1）/*已打开*/
{
if（（ifopen[k][i].openmode==1）||（ifopen[k][i].openmode==2））/*属性可以写*/
{
itoa（ufd[k]->ufdfile[i].fpaddr,str,10）;/*将文件号整形转为字符串*/
strcpy（str1,"file"）;
strcat（str1,str）;
strcpy（str,"c:
\\osfile\\file\\"）;
strcat（str,str1）;/*str形成路径c:
\\osfile\\file\\filex*/
fp_file=fopen（str,"wb+"）;/*以写二进制方式（并且先清除已有的内容）打开filex文件*/
intlength=0;
charc;
printf（"Pleaseinputtext（\'#\'standsforend）:
\n"）;
while（（c=getchar（））!
='#'）
{
fprintf（fp_file,"%c",c）;/*写入字符到文件filex中*/
if（c!
='\n'）
length++;
}
getchar（）;/*接收回车*/
fprintf（fp_file,"\n"）;
fclose（fp_file）;
printf（"writesuccessfully!
\n"）;
ufd[k]->ufdfile[i].flength=length;/*记录文件长度*/
}
else/*属性不可以写*/
{
printf（"\nError.\'%s\'hasbeenopenedwithreadONLYmode.Itisn\'twrite.\n",fname）;
}
}
else/*文件未打开*/
{
printf（"\nError.\'%s\'isinclosingstatus.Pleaseopenitbeforewrite\n",fname）;
}
}
else/*文件不存在*/
{
printf（"\nError.\'%s\'doesnotexist.\n",fname）;
}
}
}
}
【测试结果】
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重写后阅读并关闭
浏览文件并删除文件
删除后再次浏览文件
【设计总结】
为了完成这次的课程设计，我复习了大一学期学的C语言的文件部分，因为那里我一直没有掌握好，遇到问题查阅MSDN帮助文档，并且为了方便阅读，我把老师之前给的英文注释改成了中文注释，自己还添加了很多注释
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