操作系统说明书.docx
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操作系统说明书
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实践教学
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兰州理工大学
计算机与通信学院
2012年秋季学期
操作系统原理课程设计
题目：
文件系统实验
专业班级：
10级计算机（4）班
姓名：
李应辉
学号：
10240411
指导教师：
王燕
成绩：
__________________
目 录
摘要1
文件系统正文2
1.课程设计内容2
2.课程设计任务及要求2
2.1.设计任务2
2.2.设计要求2
3.算法及数据结构3
3.1.算法的总体思想3
3.2.系统总体框架图3
3.3.系统总体流程图4
3.4.各模块功能说明4
3.5.该文件系统的数据结构和申明函数6
4.程序设计与实现8
4.1.主要函数列表8
4.2.函数之间的关系8
4.3.程序流程图9
5.测试结果13
设计总结18
参考文献19
致谢20
摘要
本程序实现了一个n个用户的文件系统，每次用户可保存m个文件，用户在一次运行中只能打开一个文件，对文件必须设置保护措施，且至少有Create、delete、open、close、read、write等命令。
本程序采用了一个1M的内存空间来实现文件系统的读写。
其中开头部分为文件节点位图区。
接下来是节点区，后面就是数据区。
通过对这个内存空间的操作完成文件系统要求的功能。
关键词：
文件系统文件目录结构目录存放形式
文件系统正文
1.课程设计内容
多用户的多级目录的文件系统设计。
2.课程设计任务及要求
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
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
quit
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：
open
7）文件的读：
read 8）文件的写：
write
9）文件关闭：
close 10）删除文件：
delete
11）创建目录（建立子目录）：
mkdir 12）改变当前目录：
cd
13）列出文件目录：
dir 14）退出：
logout
新增加的功能：
15）删除目录树：
rd
16）格式化文件系统：
format
3.算法及数据结构
3.1.算法的总体思想
本课程设计是要求我们模拟UNIX文件系统功能设计一个虚拟文件系统，依据UNIX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（2045位）。
文件系统存储区分配图如下：
位图区
i节点区
数据区
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。
3.2.系统总体框架图
3.3.系统总体流程图
3.4.各模块功能说明
3.4.1 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。
3.4.2get_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。
3.4.3 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。
3.4.4quit（）模块
功能：
退出文件系统函数quit（）
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。
3.4.5Creat（）模块
功能：
创建文件
用法：
creatfilename
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。
3.4.6open（）模块
功能：
打开文件open（）
用法：
openfilename
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。
3.4.7close（）模块
功能：
关闭文件close（）
用法：
closefilename
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。
3.4.8write（）模块
功能：
写文件write（fd，buf，len）
用法：
writefilename，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。
3.4.9read（）模块
功能：
read（fd，buf，len）
用法：
readfilename,需先打开文件。
算法：
文件信息.修改读/写指针。
3.4.10delete（）模块
功能：
删除文件delete（）
用法：
deletefilename
算法：
若文件不存在，报错。
回收磁盘空间。
回收目录项。
3.5.该文件系统的数据结构和申明函数
//用户（20B）
typedefstruct
{
charuser_name[10];//用户名
charpassword[10];//密码
}User;
//i节点（32B）
typedefstruct
{
shortinum;//文件i节点号
charfile_name[10];//文件名
chartype;//文件类型
charuser_name[10];//文件所有者
shortiparent;//父目录的i节点号
shortlength;//文件长度
shortaddress[2];//存放文件的地址
}Inode;
//打开文件表（16B）
typedefstruct
{
shortinum;//i节点号
charfile_name[10];//文件名
shortmode;//读写模式（1:
read,2:
write,3:
readandwrite）
shortoffset;//偏移量
}File_table;
//申明函数
voidlogin（void）;用户登录，如果是新用户则创建用户
voidinit（void）;程序初始化,将所有i节点读入内存
intanalyse（char*）;输入参数分析，分析用户命令
voidsave_inode（int）;将num号i节点保存到虚拟磁盘文件hd.dat
intget_blknum（void）;申请一个数据块
voidread_blk（int）;将i节点号为num的文件读入temp
voidwrite_blk（int）;将temp的内容写入hd.dat的数据区
voidrelease_blk（int）;释放文件块号为num的文件占用的空间
voidpathset（）;打印当前路径
voiddeltree（intinnum）;实现删除目录树函数
intcheck（int）;检查用户权限
//用户命令处理函数
voidhelp（void）;命令提示帮助函数
voidcd（void）;改变当前目录
voiddir（void）;显示当前目录下所有文件和目录
voidmkdir（void）;创建目录
voidrd（void）;删除目录
voidcreat（void）;创建文件
voidopen（void）;打开
voidread（void）;读文件
voidwrite（void）;写文件
voidclose（void）;关闭文件
voiddel（void）;删除文件
voidlogout（void）;用户注销
voidcommand（void）;命令管理函数
voidformat（void）;格式化虚拟磁盘
4.程序设计与实现
4.1.主要函数列表
函数原型
功能
入口、出口参数说明
voidlogin（void）
用户登陆
voidinit（void））
程序初始化
intanalyse（char*）
输入参数分析
命令行字符串
voidsave_inode（int）
保存i节点到虚拟磁盘文件
i节点号
intget_blknum（void）
分配一个磁盘块
voidread_blk（int）
读磁盘快内容
i节点号
voidwrite_blk（int）
写磁盘块
i节点号
voidrelease_blk（int）
释放一个磁盘块
i节点号
voidpathset（）;
打印当前路径
voiddeltree（intinnum）;
实现删除目录树函数
i节点号
intcheck（int）;
检查用户权限
i节点号
voidhelp（void）
命令提示帮助函数
voiddir（void）
显示当前目录下所有文件和目录
voidmkdir（void）
创建目录
voidcreat（void）
创建文件
voidopen（void）
打开文件
voidread（void）
读文件
voidwrite（void）
写文件
voidclose（void）
关闭文件
voiddel（void）
删除文件
voidlogout（void）
用户登出
voidcommand（void）
命令管理函数
voidrd（void）
删除目录
voidformat（void）;
格式化虚拟磁盘
4.2.函数之间的关系
4.3.程序流程图
各功能模块流程图
5.测试结果
1.本程序首次运行，将提示登录。
如果没有文件系统即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。
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。
4.执行help命令的效果截图：
5.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。
6.以下是实现建立、查看、进入、退出、删除子目录的功能：
7.以下是实现新建、打开、读、写、关闭、删除文件的功能：
8.本文件系统实现了权限管理，任何用户只能访问自己创建的目录和读写自己创建的文件，禁止其他用户访问。
9.quit命令直接退出程序。
（该程序操作要点说明：
要先打开一个文件，然后才能往该文件中写内容。
）
设计总结
模拟实现了UNIX文件系统，较好地实现了课程设计的任务和要求及各个功能。
本系统的功能较完善，实现了文件系统的初始建立，格式化操作，用户的切换，用户权限管理，删除目录树等新增加的功能（改进），完整地实现了课程设计所要求的基本功能：
新建用户、文件、目录，删除文件、目录，进入、退出目录，文件的打开、读、写、关闭等。
操作系统是计算机科学与技术专业中的一门重要基础课，目的是让我们了解操作系统的基本概念，理解计算机系统的资源如何组织，操作系统如何有效地管理这些系统资源，用户如何通过操作系统与计算机系统打交道。
通过课程设计，可以进一步理解在计算机系统上运行的其它各类操作系统，并懂得在操作系统的支持下建立自己的应用系统。
操作系统课程设计，对于训练我们掌握程序设计、熟悉上机操作和程序调试技术都有重要作用。
重点培养我们的思维能力、创新能力和排错能力。
通过课程设计，进一步融会贯通教材内容，掌握程序各功能模块的工作原理，相互联系和来龙去脉，完整地建立系统的概念。
激发我的学习热情和主动性，培养我的独立工作能力，在实践活动中，将所学知识综合运用，增长才干，并积累经验。
对编程语言Ｃ又有了更深一层次的认识，并对其的编程能力有所加强，但还是很多的不足有待改进，对于编程来说还需要大量的实践，才能在发现问题和解决问题中前进与提高。
参考文献
1.汤子瀛，哲凤屏.《计算机操作系统》.西安电子科技大学学出版社.
2.王清，李光明.《计算机操作系统》.冶金工业出版社.
3.孙钟秀等.操作系统教程.高等教育出版社
4.曾明. Linux操作系统应用教程.陕西科学技术出版社.
5.张丽芬，刘利雄.《操作系统实验教程》.清华大学出版社.
6.孟静， 操作系统教程－－原理和实例分析.高等教育出版社
7.周长林，计算机操作系统教程.高等教育出版社
8.张尧学，计算机操作系统教程，清华大学出版社
9.任满杰，操作系统原理实用教程，电子工业出版社
致谢
在这里，我要对给我指导给我帮助的老师说一声谢谢，谢谢您们孜孜不倦的教诲，谢谢您们给我的巨大帮助。
祝老师在以后的工作中一帆风顺。
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