操作系统课程设计报告

课程设计报告设计题目：多用户、多级目录结构文件系统的设计与实现班级：组长学号：组长姓名：指导教师：设计时间：2015年7月设计分工组长学号及姓名：分工：构建系统框架，实现磁盘i节点调入内存，以及内存i节点的申请分配与回收，新建文件和目录，文件的读写组员1学号及姓名：分工：实现成组链接法分配与回收，实现用户登陆和注销，实现格式化初始化函数，参与系统界面的设计组员2学号及姓名：分工：组员3学号及姓名：分工：组员4学号及姓名：分工：摘要文件系统是操作系统用于明确存储设备（常见的是磁盘，也有基于NAND Flash的固态硬盘）或分区上的文件的方法和数据结构；即在存储设备上组织文件的方法。

操作系统中负责管理和存储文件信息的软件机构称为文件管理系统，简称文件系统。

文件系统由三部分组成：文件系统的接口，对对象操纵和管理的软件集合，对象及属性。

从系统角度来看，文件系统是对文件存储设备的空间进行组织和分配，负责文件存储并对存入的文件进行保护和检索的系统。

具体地说，它负责为用户建立文件，存入、读出、修改、转储文件，控制文件的存取，当用户不再使用时撤销文件等。

关键词：操作系统，文件系统摘要 (3)1概述 (5)2课程设计任务与要求 (7)2.1设计任务 (7)2.2设计要求 (7)3算法及数据结构 (8)3.1算法的总体流程 (8)3.2超级块 (10)3.2.1功能 (10)3.2.2数据结构 (10)3.2.3算法 (11)3.3磁盘i节点与内存i节点 (12)3.3.1功能 (12)3.3.2数据结构 (13)3.3.3算法 (14)3.4文件夹操作 (15)3.4.1功能 (15)3.4.2数据结构 (15)3.4.3算法 (16)3.5文件的操作 (17)3.5.1功能 (17)3.5.2数据结构 (17)3.5.3算法 (18)4程序设计与实现 (19)4.1程序流程图 (19)4.2程序说明 (20)4.3实验结果 (26)5结论 (27)6参考文献 (28)7收获、体会和建议 (29)1概述UNIX 采用树型目录结构，每个目录表称为一个目录文件。

一个目录文件是由目录项组成的。

每个目录项包含16B ，一个辅存磁盘块(512B)包含32个目录项。

在目录项中，第1、2字节为相应文件的外存i 节点号，是该文件的内部标识；后14B 为文件名，是该文件的外部标识。

所以，文件目录项记录了文件内、外部标识的对照关系。

根据文件名可以找到辅存i 节点号，由此便得到该文件的所有者、存取权、文件数据的地址健在等信息。

UNIX 的存储介质以512B 为单位划分为块，从0开始直到最大容量并顺序加以编号就成了一个文件卷，也叫文件系统。

UNIX 中的文件系统磁盘存储区分配图如下：本次课程设计是要实现一个简单的模拟UNIX 文件系统。

我们在磁盘中申请一个二进制文件模拟UNIX 内存，依次初始化建立位示图区，I 节点区，数据块区。

并给已打开的文件建立文件打开表。

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i 节点区 文件存储区引导区 管理区存储于磁盘上。

如：file0,file1,file2…并以编号作为物理地址，在目录中进行登记。

2课程设计任务与要求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。

2.2设计要求1、在深入理解操作系统基本原理的基础上，对于选定的题目，以小组为单位，先确定设计方案；2、设计系统的数据结构和程序结构，设计每个模块的处理流程。

要求设计合理；3、编程序实现系统，要求实现可视化的运行界面，界面应清楚地反映出系统的运行结果；4、确定测试方案，选择测试用例，对系统进行测试；5、运行系统并要通过验收，讲解运行结果，说明系统的特色和创新之处，并回答指导教师的提问；6、提交课程设计报告。

3算法及数据结构3.1算法的总体流程3.2超级块3.2.1功能超级块位于块组的最前面，描述文件系统整体信息的数据结构，主要描述文件系统的目录和文件的静态分布情况，以及描述文件系统的各种组成结构的尺寸、数量等。

3.2.2数据结构//超级块#define NICFREE 50//成组链接法中的每组50块#define NICINOD 50//超级块中空闲节点的最大块typedef struct{unsigned short s_isize;//索引节点块块数unsigned long s_fsize;//数据块块数unsigned int s_nfree;//空闲块块数unsigned short s_pfree;//栈深unsigned int s_free[NICFREE];//空闲块堆栈unsigned int s_ninode;//空闲索引节点数unsigned short s_pinode;//空闲索引节点指针unsigned int s_inode[NICINOD];//空闲索引节点数组unsigned int s_rinode;//铭记索引节点char s_fmod;//超级块修改标志}Filsys;#endif3.2.3算法3.3磁盘i节点与内存i节点3.3.1功能linux中，文件查找不是通过文件名称来查找的。

实际上是通过i节点来实现文件的查找定位的。

我们可以形象的将i节点看做是一个指针。

当文件存储到磁盘上去的时候，文件肯定会存放到一个磁盘位置上，i节点其实就是可以这么认为，把i节点看作是一个指向磁盘上该文件存储区的地址。

事实上，i节点不仅包含了文件数据存储区的地址，还包含了很多信息，比如数据大小，等等文件信息。

文件名是保存在一个目录项中。

每一个目录项中都包含了文件名和i节点。

我们可以通过一个图来看看目录项，i节点，文件数据四者之间的关系。

3.3.2数据结构//内存i节点#define NADDR 10//每个i节点最多指向10块typedef struct inode{struct inode *i_forw;char i_flag;unsigned int i_ino;//磁盘索引节点编号unsigned int i_count;//引用计数unsigned short di_number;//关联计数unsigned short di_mode;//文件模式unsigned short di_uid;//所属用户unsigned short di_gid;//所属用户组unsigned long di_size;//文件大小unsigned short di_addr[NADDR];//物理块号}Inode;//磁盘索引节点#define NADDR 10//每个i节点最多指向10块typedef struct {unsigned short di_number;//关联文件数unsigned short di_mode;//存取权限unsigned short di_uid;//所属用户unsigned short di_gid;//所属用户组unsigned long di_size;//文件大小unsigned short di_addr[NADDR];//物理块号}Dinode;3.3.3算法3.4文件夹操作3.4.1功能新建一个文件夹，文件夹的跳转，当前目录下的文件展示。

对应的函数原型为：void _dir()//显示当前目录列表；void mkdir(char *dirname)//目录创建函数；void cd(char *dirname)//跳转到指定目录下；3.4.2数据结构//目录结构#define DIRNUM 128//每个目录所包含的最大文件数typedef struct {Direct direct[DIRNUM];//最大存储128个文件int size;//实际文件的个数}Dir;//目录项结构#define DIRSIZ 14//每个目录项文件名所占字节数typedef struct {char d_name[DIRSIZ];//目录名unsigned short d_ino;//目录对应的磁盘i节点编号}Direct;3.4.3算法总得来说就是根据目录的数据结构，再结合i节点去实现对文件夹的操作。

显示列表函数：因为我们的direct数据结构里每次保存的都是当前目录下的列表，所以调用_dir()函数就等于把当前direct结构里的文件名显示出来。

新建一个文件夹：创建一个目录时，先申请一个内存i节点，再分配相应的磁盘i节点，在当前目录表中进行登记，初始化自己的一些信息，记录该目录的上级目录，跳转的时候要用到。

文件夹跳转：因为在新建的时候已经把当前目录的上级目录给记录下来，所以只需找到上级目录的磁盘i节点信息，然后保存当前目录，调出上级目录的磁盘i节点，再重新显示上级目录的列表信息。

3.5文件的操作3.5.1功能新建一个文件，我们可以对其进行读、写、删除操作。

关闭文件之后如果还想对其进行读、写、删除操作，那么我们就要重新打开文件，即将其i节点信息先调入内存。

具体函数原型如下：int create(int user_id,char *filename,short mode)//返回值代表用户打开文件的编号；int open(int user_id,char *filename,short openmode){//从用户打开文件表找到系统打开文件表再找到文件的i节点；void close(int user_id,int fd1)///修改一下系统打开文件表和用户打开文件表；bool _delete(char *filename)//更新目录表，释放i节点；int read(int fd1,char *&buf,int size)//读文件操作；int write(int fd1,char *buf,int size)//文件内存i节点指针，数据，数据大小；3.5.2数据结构//系统打开表#include"inode.h"typedef struct{unsigned short f_flag;//文件操作标志unsigned int f_count;//引用计数Inode *f_inode;//指向内存索引节点unsigned long f_off;//读写指针}File;#endif3.5.3算法总得来说就是根据系统打开文件表去找到内存i节点指针，只有找到了内存i节点指针才能对文件进行操作。