模拟简单二级文件管理系统

操作系统课程设计模拟简单二级文件管理系统*名：***学号：系别：计算机学院专业：网络工程年级：16级指导教师：2019年05 月11 日一、课程设计项目介绍（含项目介绍及设计目的）1、设计目的：通过具体的文件存储空间的管理、文件的物理结构、目录结构和文件操作的实现，加深对文件系统内部功能和实现过程的理解。

2、项目介绍：为LINUX 设计一个简单的二级文件系统。

本文件系统采用类似DOS系统的文件管理方式，每次调用该文件系统时，首先申请一定的内存空间，然后对该内存空间进行分配。

将申请到的空间划分为目录区，文件区；采用位示图进行空间管理，盘块的分配使用显示链接（FAT表）的方式。

每次调用该文件系统时自动为其分配空间，并将上次操作的结果从硬盘上调入内存；当结束调用时则将操作的结果重新存入硬盘，以便下次调用。

（每次使用都会自动搜索文件系统，以此确定是否是第一次使用；若是则格式化生成文件系统，否则读取已存在的文件系统。

）本项目通过VC编写简单的二级文件系统的代码，实现文件管理方式，使用者只需要给出相应的文件操作命令就可以分别得到各类文件操作的相应，并且可以选择登陆或注销不同用户。

二、总体设计（含系统的总体结构、原理框图或各模块介绍等）1、系统总体结构图：2、模块介绍（1）、主函数部分：在主函数系统接受输入信息，包括登陆用户和注册用户，登陆完成后选择相应的文件操作，可以选择创建目录、浏览目录、修改目录、创建文件等操作，如果选择错误就会出现相应的提示信息。

（2）、命令解释层函数：在命令解释层函数cmdexp()里加了一些选择和操作功能，增加程序实现的功能，如原来程序只有显示当前目录和文件、创建目录和修改目录的功能，把它拓展到系统所要求的全部功能，并在原有的程序的基础上进行相应的修改，使程序更加完善。

（3）、文件系统格式化函数：该函数首先建立文件，申请空间，在设置成功时将其空间写入filesystem.dat，使filesystem.dat为1M。

接着设置磁盘i节点缓冲区，DIEMPTY表示空闲，设计成第1盘块存储用户名表，第2盘块用于存储根目录，第3盘块用于根目录下的子目录。

（4）、空闲盘块分配、回收函数：首先排除磁盘已满，无空闲盘块，或者已经是栈底的情况，接着设置栈指针下移一位，则空闲盘块少1。

如果是空闲盘块堆栈已满状态，则把空闲盘块数据写入缓冲区，栈指针指向栈底，缓冲区内容写入新回收的盘块。

最后是回收盘块，回收完毕后空闲盘块多1。

（5）、节点分配和释放函数：若没有空闲磁盘i节点，则显示相应提示信息；若空闲磁盘i节点栈空，则分为空闲磁盘i节点数可装满空闲i节点栈和剩下的空闲磁盘i节点不能装满栈区两种情况来考虑。

接着初始化磁盘i节点、分配内存i节点，并从磁盘i节点读取数据到内存i节点。

三、详细设计（数据结构、流程图、关键代码段及注释等）1、主函数流程图：2、数据块的分配流程图：3、浏览目录流程图：4、创建目录流程图：5、关键代码段及注释1、主函数：struct hinode hinode[NHINO]; //查找内存i节点的hash表struct filsys filsys; // 超级块数据结构struct user user[USERNUM]; //用户打开表数据结构struct file sys_ofile[SYSOPENFILE]; //系统打开表数据结构struct direct cur_direct[NOFILE]; //目录数据结构路径unsigned short cur_dir_id; //当前目录指针char cur_path_name[DIRSIZ];FILE *fd; //本系统的所有文件指针2、命令解释层函数：char input_buf[20]; //命令行输入缓冲区static char str[20];int over; //命令行结束标记int fd1;int i,j;// 命令解释层函数int cmdexp(){over = 0;printf("[%s@localhost%s]$ ", user[user_id].u_name, cur_path_name);getcmd();//显示当前目录if(( strcmp( input_buf, "dir" ) == 0 ) || ( strcmp( input_buf, "l" ) == 0 ) || ( strcmp( input_buf, "ls" ) == 0 )) {_dir();clearbuf();return 0;}if( strcmp( input_buf, "cd" ) == 0 ){getcmd(); //取得命令chdir ( input_buf ); //改变当前目录用函数clearbuf();return 0;}// 创建目录(建立子目录)if(( strcmp( input_buf, "mkdir" ) == 0 ) ||( strcmp( input_buf, "md" ) == 0 )) {if( over ){printf( "请在mkdir后输入要创建的目录名\n" );clearbuf();return 0;}getcmd();if( input_buf[0] == '\0' ){printf( "请在mkdir后输入要创建的目录名\n" );clearbuf();return 0;}mkdir( input_buf );while(!over){getcmd();if( input_buf[0] != '\0' )mkdir( input_buf );}return 0;}3、文件系统格式化函数：#include <stdio.h>#include "filsys.h"int format() //文件系统格式化函数{struct filsys aaa;struct inode * inode;struct user tempuser[USERNUM];struct dinode dinode_buf;struct direct dir_buf[BLOCKSIZ / DIRECTSIZ];unsigned int block_buf[BLOCKSIZ / sizeof( int )];char * buf;int i, j, k;fd = fopen( "filesystem.dat", "w+b" ); //建立文件buf = (char * )malloc( 1024*1024 ); //申请1M空间if( buf == NULL ) //申请不成功，返回{printf( "\nThe system file can't be created!\n" );return 0;}//申请成功，把其空间写入filesystem.dat，使filesystem.dat为1Mfseek( fd, 0, SEEK_SET );fwrite( buf, 1, 1024*1024, fd );free ( buf );dinode_buf.di_mode = DIEMPTY; //设置磁盘i节点缓冲区，DIEMPTY表示空闲fseek( fd, DINODESTART, SEEK_SET );for( i = 0; i < DINODEBLK * BLOCKSIZ / DINODESIZ; i++ ){fseek( fd, DINODESTART + DINODESIZ * i, SEEK_SET );fwrite( &dinode_buf, 1, sizeof( dinode_buf ), fd );}/* 1. creat the main directory and its sub dir etc and the file password */inode = iget( 0 );inode = iget( 1 ); //第1盘块放用户名表inode->i_number = 1;inode->i_mode = DIREG; //普通文件inode->i_size = sizeof( struct user ) * USERNUM;inode->i_addr[0] = 1;//用户imacih是超级用户strcpy( tempuser[0].u_name, "imacih" );strcpy( tempuser[0].password, "dgh123456" );tempuser[0].u_default_mode = SUPERMODE;tempuser[0].u_gid = 1;tempuser[0].u_uid = 1;for( i = 1; i < USERNUM; i++ ){strcpy( tempuser[i].u_name, " " );}fseek( fd, DA TASTART + BLOCKSIZ * inode->i_addr[0], SEEK_SET ); fwrite( tempuser, 1, inode->i_size, fd );iput( inode );inode = iget( 2 ); //第2盘块用于存储根目录inode->i_number = 1;inode->i_mode = DEFAULTMODE | DIDIR;inode->i_size = 2 * DIRECTSIZ;inode->i_addr[0] = 2;strcpy( dir_buf[0].d_name, "/" );dir_buf[0].d_ino = 2;strcpy( dir_buf[1].d_name, "/" );dir_buf[1].d_ino = 2;strcpy( dir_buf[2].d_name, "etc" );dir_buf[2].d_ino = 3;fseek( fd, DA TASTART + BLOCKSIZ * inode->i_addr[0], SEEK_SET ); fwrite( dir_buf, 1, inode->i_size, fd );iput( inode );inode = iget( 2 ); //2 etc dir idinode->i_number = 1;inode->i_mode = DEFAULTMODE | DIDIR;inode->i_size = 2 * DIRECTSIZ;inode->i_addr[0] = 2; //第3盘块用于根目录下的子目录strcpy( dir_buf[0].d_name, ".." );dir_buf[0].d_ino = 1;strcpy( dir_buf[1].d_name, "." );dir_buf[1].d_ino = 2;iput( inode );// 2. 初始化超级块filsys.s_ninode = DINODEBLK * BLOCKSIZ / DINODESIZ - 3; //空闲磁盘i节点数filsys.s_nfree = FILEBLK - 3; // 空闲文件块数//初始化空闲磁盘i节点堆栈*/for( i = 0; i < NICINOD; i++ ){filsys.s_inode[i] = 3 + i; // 从第3个磁盘i块，前面3个已用}filsys.s_pinode = 0; // 当前空闲块指针filsys.s_rinode = NICINOD + 3; // 下一准备装入空闲盘块号栈的盘块号// 把第1组空闲盘块放进空闲盘块堆栈for( i = 0; i < NICFREE; i++ ){filsys.s_free[i] = 3 + NICFREE - 1 - i;}filsys.s_pfree = NICFREE - 1;for( i = 3 + NICFREE * 2 - 1; i < FILEBLK; i += NICFREE ){for( j = 0; j < NICFREE; j++ ){//往缓冲区写与成组链接法组织空闲盘块有关的信息：下一组盘块空闲块号与块数block_buf[j] = i - j;}block_buf[NICFREE] = NICFREE; //该项记录本组的空闲盘块数// 把缓冲区内容写到每组空闲盘块的最后一块中bwrite( i - NICFREE, block_buf );}//最后一组空闲盘块可能不足NICFREE块，故需单独处理i = i - NICFREE;for( j = 0; j < FILEBLK - i + 1; j++ )block_buf[j] = FILEBLK - j;block_buf[NICFREE] = FILEBLK - i + 1; //最末组的空闲盘块数bwrite( i, block_buf );//把超级块写入block 1#fseek( fd, BLOCKSIZ, SEEK_SET );fwrite( &filsys, 1, sizeof( struct filsys ), fd );aaa=filsys;return 1;}4、文件系统格式化函数：#include <stdio.h>#include "filsys.h"static unsigned int block_buf[BLOCKSIZ];// 空闲盘块分配函数unsigned int balloc(){unsigned int free_block, free_block_num;int i;if( filsys.s_nfree == 0 ) // 磁盘已满，无空闲盘块{printf( "Disk has no space\n" );return -1;}free_block = filsys.s_free[filsys.s_pfree];if( filsys.s_pfree == 0 ) // 已经是栈底{// 读取栈底盘块号所对应的盘块数据bread( filsys.s_free[filsys.s_pfree], block_buf );free_block_num = block_buf[NICFREE]; // 该空闲盘块组的盘块数// 把盘块组放到空闲盘块号栈上for( i = 0; i < free_block_num; i++ )filsys.s_free[i] = block_buf[i];filsys.s_pfree = free_block_num - 1; // 指针指向栈顶}elsefilsys.s_pfree--; // 栈指针下移一位filsys.s_nfree--; // 空闲盘块少1// filsys.s_fmod = SUPDATE; // 置超级块修改标志return free_block;}// 空闲盘块回收函数bfree( unsigned int block_num ){int i;filsys.s_pfree++;if( filsys.s_pfree == NICFREE ) // 空闲盘块堆栈已满{block_buf[NICFREE] = NICFREE; // 空闲盘块堆栈的盘块数NICFREE记入缓冲区for( i = 0; i < NICFREE; i++ )block_buf[i] = filsys.s_free[i]; // 把空闲盘块数据写入缓冲区filsys.s_pfree = 0; // 栈指针指向栈底bwrite( block_num, block_buf ); // 缓冲区内容写入新回收的盘块}filsys.s_free[filsys.s_pfree] = block_num; // 回收盘块filsys.s_nfree++; // 空闲盘块多1// filsys.s_fmod = SUPDATE; // 置超级块修改标志}5、节点分配和释放函数：#include <stdio.h>#include "filsys.h"static struct dinode block_buf[BLOCKSIZ / DINODESIZ];struct inode * ialloc(){ struct filsys aaa;struct inode * temp_inode;unsigned int cur_di,temp;int i;if( filsys.s_ninode == 0 ) //没有空闲磁盘i节点{printf( "No leisure dinode!\n" );return NULL;}if( filsys.s_pinode == NICINOD ) //空闲磁盘i节点栈空{cur_di = filsys.s_rinode;if( filsys.s_ninode >= NICINOD ) //空闲磁盘i节点数可装满空闲i节点栈{filsys.s_pinode = 0;//把下一组磁盘i节点读进空闲磁盘i节点栈while( filsys.s_pinode < NICINOD ){fseek (fd, DINODESTART + cur_di * DINODESIZ, SEEK_SET);fread (block_buf, 1, BLOCKSIZ, fd);for( i = 0; ( i < BLOCKSIZ / DINODESIZ ) && ( filsys.s_pinode < NICINOD ); ){if( block_buf[i].di_mode == DIEMPTY )//该磁盘i节点空闲{filsys.s_inode[filsys.s_pinode] = cur_di;// 把该i节点装入空闲栈filsys.s_pinode++; // 栈指针下移一位}i++;cur_di++;}}filsys.s_pinode = 0;}else // 剩下的空闲磁盘i节点不能装满栈区{//计算出空闲栈指针装入i节点的第一个位置filsys.s_pinode = NICINOD - filsys.s_ninode;while( filsys.s_pinode < NICINOD ){fseek (fd, DINODESTART + cur_di * DINODESIZ, SEEK_SET);fread (block_buf, 1, BLOCKSIZ, fd);for( i = 0; ( i < BLOCKSIZ / DINODESIZ ) && ( filsys.s_pinode < filsys.s_ninode ); ){if( block_buf[i].di_mode == DIEMPTY ){filsys.s_inode[filsys.s_pinode] = cur_di;filsys.s_pinode++;}i++;cur_di++;}}filsys.s_pinode = NICINOD - filsys.s_ninode;}}//初始化磁盘i节点// temp_inode = iget( filsys.s_inode[filsys.s_pinode] );// temp_inode->i_number = 1;// temp_inode->i_uid = user[user_id].u_uid;// temp_inode->i_gid = user[user_id].u_gid;// temp_inode->i_size = 0;// temp_inode->i_addr[0] = 0;// iput( temp_inode );// 分配内存i节点temp_inode = iget( filsys.s_inode[filsys.s_pinode] );// 从磁盘i节点读取数据到内存i节点fseek( fd, DINODESTART + filsys.s_inode[filsys.s_pinode] * DINODESIZ, SEEK_SET );fwrite( &temp_inode->i_number, 1, sizeof(struct dinode), fd );filsys.s_pinode++; // 栈指针下移一位filsys.s_ninode--; // 空闲磁盘i节点又少了一个// filsys.s_fmod = SUPDATE; // 置超级块修改标志aaa=filsys;return temp_inode;}ifree(unsigned int dinodeid){filsys.s_ninode++; // 空闲磁盘i节点加1if( filsys.s_pinode != 0 ) // 空闲磁盘i节点栈未满{// 直接回收filsys.s_pinode--;filsys.s_inode[filsys.s_pinode] = dinodeid;}else // 空闲磁盘i节点栈已满{if( dinodeid < filsys.s_rinode ) // 磁盘i节点号小于铭记i节点号{filsys.s_inode[0] = dinodeid; // 回收filsys.s_rinode = dinodeid; // 把新回收的i节点作为铭记i节点}}}四、运行结果（含运行及测试结果和用户指南）1.注册用户和登录用户操作界面截图如下:通过login函数注册一个用户，并用该用户登录，可以使用户继续运行接下来的程序，有利于识别用户。