文件系统课程设计报告.docx
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文件系统课程设计报告
操作系统课程设计报告
题目:
文件系统
专业:
软件工程
院系:
信息管理学院
年级:
大三软件Q1141
学号:
11150132
姓名:
王毅
指导教师:
李红艳
职称:
副教授
湖北经济学院教务处制
操作系统课程设计报告
一实验内容……………………………………………………………….2
二设计的基本概念和原理……………………………………………….2
三总体设计……………………………………………………………….2
2-1文件的组织结构.........................................................................................2
2-2磁盘空间的管理.........................................................................................2
2-3目录结构………………………………………………………………….3
2-4文件操作………………………………………………………………......4
四详细设计……………………………………………………………….4
4-1建立文件(create_file)流程图…………………………………………4
4-2打开文件(open_file)流程图…………………………………………..6
4-3读文件(read_file)流程图……………………………………………....7
4-4写文件(write_file)流程图……………………………………………..8
4-5关闭文件(close_file)流程图…………………………………………..9
4-6删除文件(delete_file)流程图………………………………………….10
4-7显示文件内容(typefile)流程图………………………………………..11
4-8建立目录(md)流程图…………………………………………………..12
4-9显示目录内容流程图…………………………………………………....13
五详细代码……………………………………………………………...14
六运行结果截图………………………………………………………...40
七总结…………………………………………………………………...44
八参考文献……………………………………………………………...45
一、实验内容
要求设计一个简单的文件系统,用文件模拟磁盘,实现以下功能:
(1)支持多级目录结构;
(2)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、关闭文件、改变文件属性。
(3)编写主函数对所有操作进行测试
二、设计的基本概念和原理
为了正确地实现文件的存取,文件系统设计了一组与存取文件有关的功能模块,
用户可以用“访问指令”调用这些功能模块,以实现文件的存取要求。
我们把文件系统设计的这一组功能模块称为“文件操作“,实验就是要模拟实现一些文件操作。
文件操作不是独立的,它和文件系统的其他部分密切相关,若要实现文件操作就离不开文件的目录结构、文件的组织结构和磁盘空间的管理。
因此,这个实习虽然是文件操作的模拟实现,但还是必须模拟一部分文件的组织结构、目录结构和磁盘空间管理的实现。
三、总体设计
(1)文件的组织结构:
文件的逻辑结构有两种形式:
流式文件和记录文件。
实验中只支持流式文件,采用称为显示链接的物理文件结构,把磁盘中每一块的指针部分提出来,组织在一起,形成文件分配表(FAT)
磁盘有多少块,文件分配表就有多少项,若某文件的一个磁盘块号为i,则这个文件的下一个磁盘的块号应该记录在文件分配表第i项,例如某系统文件分配表的前几项如下图所示,某个文件的起始盘块号为3,则该文件的磁盘块号依次为:
3、4、9、12、13
第几项
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
……
内容
-1
-1
-1
4
9
0
7
8
-1
12
11
-1
13
-1
0
0
……
(2)磁盘空间的管理:
首先要模拟一个磁盘,因为是实验,不用使用真正的磁盘,所以实验中用一个文件模拟一个小磁盘。
假设模拟磁盘有128个物理块,每个物理块大小为64个字节,盘块的块号从0编起,0,1,2,3……,127。
将文件分配表放在磁盘的开始处,因为盘块邮128块,所以文件分配表有128项,每项占用一个字节,这样文件分配表占用了磁盘的0块和1块,这两块不能作其他用
处,若一个盘块是某个文件的最后一块,填写“-1”表示文件结束,本实验中用0表示磁盘盘块空闲,非0表示盘块占用,用255代替-1表示文件结束,254表示盘块损坏。
分配一个磁盘块的流程图
(3)目录结构:
文件目录是用于检索文件的,它是文件系统实现按名存取的主要手段。
文件目录由若干目录组成,每一个目录记录一个文件的有关信息:
有关文件的控制信息。
模拟文件操作这部分仅包括文件名、文件类型和属性。
有关文件结构的信息。
模拟文件操作这部分仅包括文件在存储介质的位置(分给文件第一个盘块的块号,即起始盘块号)、文件的长度;
有关文件管理的信息
文件名:
3个字节(实验中合法文件名仅仅、可以使用字母、数字和除“$”,“.”,“/”以外的字符,第一个字节的值为“$”时表示该目录为空目录项,文件名和类型名之间用“.”分隔,用“/”作为路径名中目录间分隔符)
(4)文件操作:
确定文件组织结构、目录结构和磁盘空间管理的方法后,就可以模拟文件操作的实现。
实验中文件操作包括建立文件(create_file),打开文件(open_file),关闭文件(close_file),读文件(read_file),写文件(write_file),删除文件(delete_file)
,显示文件内容(typefile)和改变文件属性(change),目录命名包括建立目录(md),显示目录类容(dir)和删除空目录(rd),在实验室中没有程序调用这些指令,为了看到它们的模拟情况,从键盘输入选择指令来模拟用户程序的调用,首先要建立一个“已打开文件表”,用来记录打开或建立文件的相关内容,结构图如下
文件路径名
文件属性
起始盘块号
文件长度
操作类型
读指针
写指针
块号
块内地址
块号
块内地址
……
……
……
……
……
四、详细设计
(1)建立文件:
create_file(文件名,文件属性)
(2)打开文件open_file(文件名,操作类型),以下为打开文件的流程图
(3)读文件read_file(文件名,读取长度)
(4)写文件write_file(文件名,缓冲,写长度)
(5)关闭文件close_file(文件名)
(6)删除文件delete_file(文件名)
(7)显示文件内容(typefile)
(8)目录操作命令:
建立目录(md)
(9)显示目录内容(rd)
五、详细代码
intsopen(char*name)//在已打开的文件表中查找文件name
{
inti;
i=0;
while(i=0)//依次查找已打开文件表
{
i++;
}
if(i>=openfile.length)
{
return-1;
}
returni;
}
voiddopen(char*name)//在已打开文件表中删除文件name
{
inti;
i=sopen(name);
if(i==-1)
{
printf("文件未打开\n");
}
else
{
copy(&openfile.file[i],&openfile.file[openfile.length-1]);
openfile.length--;
}
}
intiopen(ofile*x)//向已打开文件列表中插入文件x->name
{
inti;
i=sopen(x->name);
if(i!
=-1)
{
printf("文件已经打开\n");
returnfalse;
}
elseif(openfile.length==n)
{
printf("已打开文件表已满");
returnfalse;
}
else
{
copy(&openfile.file[openfile.length],x);
openfile.length++;
returntrue;
}
}
intallocate()//分配一个磁盘块,返回块号
{
inti;
fseek(fc,0,SEEK_SET);//将模拟磁盘的文件指针移至模拟磁盘FAT表
fread(buffer1,64L,1,fc);
for(i=3;i<63;i++)
{
if(buffer1[i]==0)//FAT中的第i项为0,分配第i块磁盘块,修改FAT表,并且写回磁盘
{
buffer1[i]=255;
fseek(fc,0,SEEK_SET);
fwrite(buffer1,64L,1,fc);
returni;//返回磁盘号
}
}
fread(buffer1,64L,1,fc);//将FAT表中第二个磁盘块读入模拟缓冲buffer1
for(i=0;i<63;i++)
{
if(buffer1[i]==0)//AT中的第i项为0,分配第i+64块磁盘块,修改FAT表,并且写回磁盘
{
buffer1[i]=255;
fseek(fc,-64L,SEEK_CUR);
fwrite(buffer1,64L,1,fc);
returni+64;//返回磁盘号
}
}
printf("已经没有磁盘空间\n");
returnfalse;
}
intread_file(char*name,intlength)//读取文件,文件名为name,读取长度为length
{
inti,t;
charch;
if((i=sopen(name))==-1)
{
printf("文件未打开或不存在\n");
returnfalse;
}
if(openfile.file[i].flag==1)
{
printf("文件以写方式打开,不能读\n");
returnfalse;
}
t=0;
fseek(fc,openfile.file[i].read.dnum*64L,SEEK_SET);
fread(buffer1,64,1,fc);
while(t='#')
{
putchar(buffer1[openfile.file[i].read.bnum]);//读出一个字符显示在屏幕上
if((t+1)%64==0)
{
putchar('\n');
}
openfile.file[i].read.bnum++;//修改读指针
if(openfile.file[i].read.bnum>=64)//一块读完,读取下一块
{
fseek(fc,openfile.file[i].read.dnum/64*64,SEEK_SET);
fread(buffer1,64,1,fc);
openfile.file[i].read.dnum=buffer1[openfile.file[i].read.dnum%64];
openfile.file[i].read.bnum=0;//修改读指针
fseek(fc,openfile.file[i].read.dnum*64L,SEEK_SET);
fread(buffer1,64,1,fc);
}
t++;
}
}
intwrite_file(char*name,char*buff,intlength)
//name文件路径名
//buff存放准备写入磁盘的内容
//length写入内容的长度
{
inti,t,dd;
if((i=sopen(name))==-1)
{
printf("文件未打开或不存在\n");
returnfalse;
}
if(openfile.file[i].flag==0)
{
printf("文件以只读方式打开,不能写\n");
returnfalse;
}
t=0;
fseek(fc,openfile.file[i].write.dnum*64L,SEEK_SET);
fread(buffer1,64,1,fc);
while(t{
buffer1[openfile.file[i].write.bnum]=buff[t];
openfile.file[i].write.bnum++;
openfile.file[i].length++;
if(openfile.file[i].write.bnum>=64)
{
fseek(fc,openfile.file[i].write.dnum*64L,SEEK_SET);
fwrite(buffer1,64,1,fc);/*一块写完,写回磁盘*/
if((dd=allocate())==false)
{
openfile.file[i].write.bnum--;
openfile.file[i].length--;
printf("无磁盘空间,部分信息丢失,写失败\n");
return(false);
}
fseek(fc,openfile.file[i].write.dnum/64*64L,SEEK_SET);
fread(buffer1,64,1,fc);
buffer1[openfile.file[i].write.dnum%64]=dd;
fseek(fc,openfile.file[i].write.dnum/64*64L,SEEK_SET);
fwrite(buffer1,64,1,fc);
openfile.file[i].write.dnum=dd;
openfile.file[i].write.bnum=0;
}
t++;
}
fseek(fc,openfile.file[i].write.dnum*64L,SEEK_SET);
fwrite(buffer1,64,1,fc);//一块写完,写回磁盘//
}/*写函数结束*/
intsearch(char*name,intflag,int*dnum,int*bnum)
//查找路径名为name的文件或目录,返回该目录的起始盘块号
//flag=8表示查找目录,否则为文件
//dnum,bnum返回文件或目录的目录项登记位置,盘块dnum中第bnum项
{
intk,i,s,t,j,last=0;
charpna[3],type[2];
if(strcmp(name,"")==0||strcmp(name,"/")==0)//根目录
return2;
k=0;
if(name[0]=='/')k=1;
i=2;//i为根目录的起始盘号
while(last!
=1)//pna为从name中分离出"/"后一个目录名或文件名
{
for(s=0;name[k]!
='.'&&name[k]!
='/'&&s<3&&name[k]!
='\0';s++,k++)
pna[s]=name[k];
for(;s<3;s++)//用空格补齐全名字长度
pna[s]='';
while(name[k]!
='.'&&name[k]!
='\0'&&name[k]!
='/')//除去多余字符
k++;
type[0]=type[1]='';
if(name[k]=='.')//取文件类型名
if(flag==8)
{
printf("目录不应该有类型名,查找失败\n");
returnfalse;
}
else
{
//文件遇到类型名认为结束,后面的字符作废
k++;
if(name[k]!
='\0')type[0]=name[k];
k++;
if(name[k]!
='\0')type[1]=name[k];
if(name[k]!
='\0'&&name[k+1]!
='\0')
{
printf("文件名错误\n");
returnfalse;
}
last=1;
}
else
if(name[k]!
='\0')k++;
if(name[k]=='\0')
last=1;
//查找名字等于pna的目录项
fseek(fc,i*64L,SEEK_SET);
fread(buffer2,64L,1,fc);
j=0;
if(last==1&&flag!
=8)//查找名字pna,类型名type的文件目录项
while(j<8&&!
buffer2[j].attribute!
=8&&buffer2[j].name[0]==pna[0]&&buffer2[j].name[1]==pna[1]&&buffer2[j].name[2]==pna[2])
j++;
else
while(j<8&&!
buffer2[j].attribute==8&&buffer2[j].name[0]==pna[0]&&buffer2[j].name[1]==pna[1]&&buffer2[j].name[2]==pna[2])
j++;
if(j<8)//找到该目录或文件
if(last==1)//查找结束
{
*dnum=i;
*bnum=j;
returnbuffer2[j].address;
}
else
{
i=buffer2[j].address;
}
else
{
printf("路径错误\n");
returnfalse;
}
}//while查找结束
}//search查找结束
intcreate_file(char*name,intattribute)//建立文件,路径为name,文件属性attribute
{
intdnum,bnum,i,j,last,k,s,d,t,tt,b,dd,flag,dn,bn;
chardname[3],tname[2],pathname[20];
ofilex;
if(attribute%2==1)
{
printf("只读文件,无法写,不能建立\n");
returnfalse;
}
if(openfile.length==n)
{
printf("已打开表已满,不能建立\n");
returnfalse;
}
//将name分为两部分,目录路径pathname和目录名dname
for(j=0;name[j]!
='\0';j++)//查找最后一个'/'
{
if(name[j]=='/')s=j;
}
for(j=0;j
{
pathname[j]=name[j];
}
pathname[j]='\0';//字符数组最后一个置\0
for(k=0,j=s+1;name[j]!
='\0'&&k<3&&name[j]!
='.';j++,k++)//分离文件名
{
dname[k]=name[j];
}
if(k==0)
{
printf("文件名错误或目录名错误\n");
returnfalse;
}
for(;k<3;k++)
{
dname[k]='';
}
k=0;
if(name[j++]=='.')//分离类型名
{
for(;name[j]!
='\0'&&k<2&&name[j]!
='.';j++,k++)
tname[k]=name[j];
}
for(;k<2;k++)
tname[k]='';
if((d=search(pathname,8,&dn,&bn))==false)//找目录路径
{
printf("目录不存在,不能建立\n");
returnfalse;
}
//确认该目录不存在的同时查找空目录项
b=-1;
fseek(fc,d*64L,SEEK_SET);
fread(buffer2,64L,1,fc);//读出D盘块的内容
for(t=0;t<8;t++)
{
if(buffer2[t].name[0]==dname[0]&&buffer2[t].name[1]==dname[1]&&buffer2[t].name[2]==dname[2]&&buffer2[t].type[1]==tname[1])
{
//找到名字dname的文件,建立失败
pr