操作系统原理文件管理

计算机科学技术学院操作系统原理课程设计报告题目：文件管理系统专业：网络工程班级：网络09-1*****学号：21指导老师：***2011年12月操作系统原理课程设计任务书一、题目：文件系统管理二、设计要求（1）鲁建成负责设计与实现。

（2）查阅相关资料，自学具体课题中涉及到的新知识。

（3）采用结构化、模块化程序设计方法，功能要完善，具有一定的创新。

（4）所设计的程序应有输入、输出。

（5）按要求写出课程设计报告，并于设计结束后1周内提交。

其主要内容包括：封皮、课程设计任务书，指导教师评语与成绩、目录、概述、软件总体设计、详细设计、软件的调试、总结、谢启、附录：带中文注释的程序清单、参考文献。

报告一律用A4纸打印，中文字体为宋体，西文字体用Time New Roma，一律用小四号字，行距采用“固定值”18磅，首行缩进2字符。

总体设计应配合软件总体模块结构图来说明软件应具有的功能。

详细设计应用传统或N-S流程图和屏幕抓图说明，调试的叙述应配合出错场景的抓图来说明出现了哪些错误，如何解决的。

三、课程设计工作量由于是设计小组团结协作完成设计任务，一般每人的程序量在200行有效程序行左右，不得抄袭。

四、课程设计工作计划2007年6月18日，指导教师讲课，学生根据题目准备资料；2007年6月19日，进行总体方案设计；2007年6月20日～2007年6月25日，完成程序模块并通过独立编译；2007年6月26日～2007年6月27日，将各模块集成为一个完整的系统，并录入足够的数据进行调试运行；2007年6月27日～2007年6月29日，验收、撰写报告；2007年6月29日下午，验收或总结。

指导教师签章：教研室主任签章操作系统原理课程设计指导教师评语与成绩目录一．概述 (5)二．总体方案设计 (7)三．详细设计 (8)四．程序的调试与运行结果说明 (16)五．课程设计总结 (18)六．后记 (20)七．附录 (21)参考文献 (34)一概述1.课程设计的目的1．理解重要数据结构的意义2．掌握文件系统的工作原理3．通过本次课程设计加深文件系统内部功能及内部实现的理解2.课程设计的要求1．需要的基本知识：文件：一组带标志的在逻辑上有完整意义的信息项的序列，这个标识为文件名。

文件系统：操作系统中统一管理信息资源的一种软件，管理文件的存储、检索、更新。

提供安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用。

2．技能：具有用C语言编程的能力，懂得文件系统调用处理的算法及一些操作系统文件系统的实现的基本思想。

3．尚未掌握的知识点：高速缓存管理和磁盘管理算法4．参阅操作系统原理书籍中文件管理的相关知识。

5．老师提出的要求：在理解文件系统的层次结构，掌握高速缓存管理和磁盘管理的基本思想和算法的基础上，掌握文件系统的系统调用处理算法和运用，分析流行操作系统文件系统的实现的基本思想，尝试设计简单的文件系统3.课程设计的主要设计思想在任一OS下，建立一个大文件，把它假想成一张盘，在其中实现一个简单的模拟UNIX（LINUX）文件系统。

本次文件系统具有以下的功能：1、初始化2、建立文件（需给出文件名，文件长度）3、建立子目录4、打开文件（显示文件所占的盘块）5、删除文件6、删除目录7、显示目录（即显示目录下的信息，包括文件、子目录等）8、显示整个系统信息二总体方案设计2．1 算法的整体思路进入UNIX文件系统界面，提示有初始化，查看当前目录文件列表，查看文件，查看系统信息，创建目录、文件，删除目录、文件，进入当前目录的指定目录，返回上一级目录，显示帮助命令和退出文件模拟12项功能，根据各个命令的提示命令，输入命令提示符，运行各个动能。

2．2主要特点此课程设计的功能完善，由于学习过在LINUX的环境编程，此课程设计仿照LINUX环境，命令符并未改变，这样可以使同学们很快的熟悉在此程序的环境中练习。

2．3我所承担的设计工作是整个文件系统。

以下是整体框图。

整体框图三详细设计3．1所完成的具体功能初始化，查看当前目录文件列表，查看文件，查看系统信息，创建目录、文件，删除目录、文件，进入当前目录的指定目录，返回上一级目录，显示帮助命令和退出文件模拟12项功能。

3．2程序流程图3.2.1 Format()1．超级块初始化2．信息初始化3．存储空间初始化图3.2.1.34．将空闲块的信息用成组链接的方法写进每组的最后一个块中图3.2.1.43.2.2 Callback(int length)图3.2.23.2.3 Allot(int length)图3.2.33.2.4 create_file(char filename[],int length)图3.2.43.2.5 del_file(char filename[])图3.2.53.2.6 del_dir(char filename[])图3.2.63.2.7 void display_curdir()图3.2.73.2.8 display_dir(char filename[])图3.2.83.2.9 void open_file(char filename[]图3.2.9四程序的调试与运行结果说明经过调试，程序运行一切正常。

运行结果如下进入界面建立目录，建立文件，查看，进入子目录等功能界面五课程设计总结此次的课程设计从总体上来看，功能比较齐全，并能准确的模拟简单的UNIX文件系统。

但是由于时间原因和经验的知识的匮乏，踏还是存在不少功能上的不足和不完善。

在登录正规的文件系统时，都会有用户登录界面和退出登录的界面，但是此文件系统课程设计中就缺少这一功能。

这一问题需要有用户帐号和密码。

解决这一个问题，就要加入一个代码，即登录代码和退出代码。

代码如下：int login(uid,passwd)unsigned short uid;char *passwd;{ int i,j;for(i=0;i<PWDNUM;i++){ if((uid==pwd[i].p_uid)&&(!strcmp(passwd,pwd[i].password))) {for(j=0;j<USERNUM;j++)if(user[j].u_uid==0){break;}if(j==USERNUM){ printf("\ntoo much user in the system,please wait to login \n");return 0;}else{user[j].u_uid=uid;user[j].u_gid=pwd[i].p_gid;user[j].u_default_mode=DEFAULTMODE;}break;}}if(i==PWDNUM){ printf("\nincorrect password \n");return 0;}elsereturn 1;}int logout(uid) /*logout*/unsigned short uid;{ int i,j,k,sys_no;struct inode *inode;for(k=0;k<USERNUM;k++)if(uid==user[k].u_uid){i = k;break;}if(k==USERNUM){ printf("\n no such a user \n");return NULL;}for(j=0;j<NOFILE;j++){ if (user[i].u_ofile[j]!=SYSOPENFILE+1){ /* iput the inode free the sys_ofile and clear the user_ofile*/sys_no=user[i].u_ofile[j];inode=sys_ofile[sys_no].f_inode;iput(inode);sys_ofile[sys_no].f_count--;user[i].u_ofile[j]=SYSOPENFILE+1;}}return 1;}六后记在老师和同学们的帮助下，顺利完成了本次的课程设计。

通过本次的课程设计，掌握了文件系统的工作原理，通过文件系统的设计，加深文件系统的内部功能及内部实现的理解。

在理解程序的过程中，对分配空间和磁盘管理方面的知识理解的不是很透彻。

此次的课程设计也涉及到了一些结构体和成组链接法方面的知识。

通过本次课程设计，我学到了很多知识，对我本身能力也是一种锻炼，锻炼了我分析与创新能力，借鉴成功人士的经验，并应用到自己的程序中，使得程序更加完善。

感谢学校给了我们这次机会，让我们自己独立的完成本次课程设计，感谢给我们这次机会锻炼自己。

另外我还要感谢我们的指导老师---张玲玲老师对我的帮助。

在编程过程中我们遇到了一些难题和困难。

对于一些技术难题给予了我们点拨和指导。

从而使我们的程序得到了顺利完成。

此外，我还要感谢一直帮助我的同学们！最后，还请大家对我们的程序给予批评和指正！七附录/* HELLO.C -- Hello, world */#include "stdio.h"#include <stdlib.h>#include <conio.h>#include <string.h>int physic[300]; /* 文件地址缓冲区*/int style=1; /* 文件的类型*/char cur_dir[10]="c"; /* 当前目录*/struct command{char com[10];}cmd[12];struct block{int n; /* 空闲的盘快的个数*/int free[50]; /* 存放空闲盘快的地址*/int a; /* 模拟盘快是否被占用*/}memory[200];struct block_super{int n; /* 空闲的盘快的个数*/int free[50]; /* 存放进入栈中的空闲块*/int stack[50]; /* 存放下一组空闲盘快的地址*/ }super_block;struct node /* i结点信息*/{int file_style; /* i结点文件类型*/int file_length; /* i结点文件长度*/int file_address[100]; /* i结点文件的物理地址*/ } i_node[64];struct dir /* 目录项信息*/{char file_name[10]; /* 文件名*/int i_num; /* 文件的结点号*/char dir_name[10]; /* 文件所在的目录*/} c[64];void format() /* 格式化*/{int i,j,k;super_block.n=50;for(i=0;i<50;i++) /* 超级块初始化*/{super_block.free[i]=i; /* 存放进入栈中的空闲块*/super_block.stack[i]=50+i; /* 存放下一组的盘块*/}for(i=0;i<64;i++) /* i结点信息初始化*/{for(j=0;j<100;j++){i_node[i].file_address[j]=-1;/* 文件地址*/}i_node[i].file_length=-1; /* 文件长度*/i_node[i].file_style=-1; /* 文件类型*/}for(i=0;i<64;i++) /* 根目录区信息初始化*/{strcpy(c[i].file_name,"");c[i].i_num=-1;strcpy(c[i].dir_name,"");}for(i=0;i<200;i++) /* 存储空间初始化*/{memory[i].n=0; /* 必须有这个*/memory[i].a=0;for(j=0;j<50;j++){memory[i].free[j]=-1;}}for(i=0;i<200;i++) /* 将空闲块的信息用成组链接的方法写进每组的最后一个块中*/{ /* 存储空间初始化*/if((i+1)%50==0){k=i+1;for(j=0;j<50;j++){if(k<200){memory[i].free[j]=k;/* 下一组空闲地址*/memory[i].n++; /* 下一组空闲个数注意在memory[i].n++之前要给其赋初值*/k++;}else{memory[i].free[j]=-1;}}memory[i].a=0; /* 标记为没有使用*/continue; /* 处理完用于存储下一组盘块信息的特殊盘块后，跳过本次循环*/}for(j=0;j<50;j++){memory[i].free[j]=-1;}memory[i].n=0;}printf("已经初始化完毕\n");printf("欢迎进入UNIX文件模拟系统！！！\n\n");}void write_file(FILE *fp) /* 将信息读入系统文件中*/{int i;fp=fopen("system","wb");for(i=0;i<200;i++){fwrite(&memory[i],sizeof(struct block),1,fp);}fwrite(&super_block,sizeof(struct block_super),1,fp);for(i=0;i<64;i++){fwrite(&i_node[i],sizeof(struct node),1,fp);for(i=0;i<64;i++){fwrite(&c[i],sizeof(struct dir),1,fp);}fclose(fp);}void read_file(FILE *fp) /* 读出系统文件的信息*/{int i;fp=fopen("system","rb");for(i=0;i<200;i++){fread(&memory[i],sizeof(struct block),1,fp);}fread(&super_block,sizeof(struct block_super),1,fp);for(i=0;i<64;i++){fread(&i_node[i],sizeof(struct node),1,fp);}for(i=0;i<64;i++){fread(&c[i],sizeof(struct dir),1,fp);}fclose(fp);}void callback(int length) /* 回收磁盘空间*/{int i,j,k,m,q=0;for(i=length-1;i>=0;i--){k=physic[i]; /* 需要提供要回收的文件的地址*/m=49-super_block.n; /* 回收到栈中的哪个位置*/if(super_block.n==50) /* 注意当super_block.n==50时m=-1;的值*/ { /* super_block.n==50的时候栈满了，要将这个栈中的所有地址信息写进下一个地址中*/for(j=0;j<50;j++){memory[k].free[j]=super_block.free[j];super_block.n=0;memory[k].n=50;}memory[k].a=0;if(m==-1){m=49; /* 将下一个文件地址中的盘块号回收到栈底中，这个地址中存放着刚才满栈的地址的信息*/}super_block.free[m]=physic[i]; /* 将下一个文件地址中的盘块号回收到栈中*/super_block.n++;}}void allot(int length) /* 分配空间*/{int i,j,k,m,p;for(i=0;i<length;i++){k=50-super_block.n; /* 超级块中表示空闲块的指针*/m=super_block.free[k]; /* 栈中的相应盘块的地址*/p=super_block.free[49]; /* 栈中的最后一个盘块指向的地址*/if(m==-1||memory[p].a==1) /* 检测是否还有下一组盘块*/{printf("内存不足,不能够分配空间\n");callback(length);break;}if(super_block.n==1){memory[m].a=1; /* 将最后一个盘块分配掉*/physic[i]=m;super_block.n=0;for(j=0;j<memory[m].n;j++) /* 从最后一个盘块中取出下一组盘块号写入栈中*/{super_block.free[j]=memory[m].free[j];super_block.n++;}continue; /* 要跳过这次循环，下面的语句在IF中已经执行过*/physic[i]=m; /* 栈中的相应盘块的地址写进文件地址缓冲区*/ memory[m].a=1;super_block.n--;}}void create_file(char filename[],int length) /* 创建文件*/{int i,j;for(i=0;i<64;i++){if(strcmp(filename,c[i].file_name)==0){printf("文件已经存在，不允许建立重名的文件\n");return;}}for(i=0;i<64;i++){if(c[i].i_num==-1){c[i].i_num=i;strcpy(c[i].file_name,filename);strcpy(c[i].dir_name,cur_dir); /* 把当前目录名给新建立的文件*/ i_node[i].file_style=style;i_node[i].file_length=length;allot(length);for(j=0;j<length;j++){i_node[i].file_address[j]=physic[j];}break;}}}void create_dir(char filename[]) /* 创建目录*/{style=0; /* 0代表文件类型是目录文件*/create_file(filename,4);style=1; /* 用完恢复初值，因为全局变量，否则*/}void del_file(char filename[]) /* 删除文件*/{int i,j,k;for(i=0;i<64;i++){if(strcmp(filename,c[i].file_name)==0){k=c[i].i_num;for(j=0;j<i_node[k].file_length;j++){physic[j]=i_node[k].file_address[j];}callback(i_node[k].file_length); /* 调用回收函数*/for(j=0;j<100;j++) /* 删除文件后要将文件属性和目录项的各个值恢复初值*/{i_node[k].file_address[j]=-1; /* 地址恢复初值*/}strcpy(c[i].file_name,""); /* 文件名恢复初值*/c[i].i_num=-1; /* 目录项的I结点信息恢复初值*/strcpy(c[i].dir_name,""); /* 目录项的文件目录信息恢复初值*/i_node[k].file_length=-1; /* 文件长度恢复*/i_node[k].file_style=-1; /* 文件类型恢复初值*/break;}}if(i==64){printf("不存在这个文件\n");}}void del_dir(char filename[]) /* 删除目录需要判断目录下时候为空,不为空就不删除*/{int i,j,k;for(i=0;i<64;i++) /* 还要加条件判断要删除的目录是不是当前目录*/ {k=c[i].i_num; /* 找到目录名字*/if( strcmp(c[i].file_name,filename)==0 && strcmp(cur_dir,filename)!=0 && (i_node[k].file_style)==0 ){for(j=0;j<64;j++){if(strcmp(filename,c[j].dir_name)==0){printf("目录不为空不能直接删除\n");break;}}if(j==64){del_file(filename);break;}break;}}if(i==64){printf("这个不是目录文件或者不存在这个目录,或者你要删除的是当前目录\n");}}void display_curdir() /* 显示当前目录下的文件列表*/{int i,k;printf("\t\t文件名字文件类型文件长度所属目录\n");for(i=0;i<64;i++){if(strcmp(cur_dir,c[i].dir_name)==0) /* 查询文件中所在目录信息和当前目录信息相同的数据*/{k=c[i].i_num;printf("\t\t %s\t",c[i].file_name); /* 文件名*/printf("\t%d\t",i_node[k].file_style); /* 文件的类型*/printf("%d\t",i_node[k].file_length); /* 文件的长度*/printf("%s\n",c[i].dir_name); /* 文件所在的目录*/}}}void display_dir(char filename[]) /* 进入指定的目录*/{int i,k;for(i=0;i<64;i++){k=c[i].i_num; /* 判断文件类型是不是目录类型*/if((strcmp(filename,c[i].file_name)==0) && (i_node[k].file_style==0)){strcpy(cur_dir,filename); /* 将要进入的指定目录设置为当前目录赋值不要反了strcpy(目的，源) */break;}}if(i==64){printf("没有这个目录\n");}}void open_file(char filename[]) /* 打开文件*/{int i,j,k;printf("\t\t文件名字文件类型文件长度所属目录\n");for(i=0;i<64;i++){k=c[i].i_num;if(strcmp(filename,c[i].file_name)==0 && (i_node[k].file_style==1)){printf("\t\t %s\t",c[i].file_name); /* 文件名*/printf("\t%d\t",i_node[k].file_style); /* 文件的类型*/printf("%d\t",i_node[k].file_length); /* 文件的长度*/printf("%s\n",c[i].dir_name); /* 文件所在的目录*/printf("\t\t文件占用的物理地址\n");for(j=0;j<i_node[k].file_length;j++) /* 显示物理地址*/{printf("%d ",i_node[k].file_address[j]); /* 文件具体占用的盘块号*/}printf("\n");break;}}if(i==64){printf("没有这个文件或者这个文件不是正规文件\n");}}void back_dir() /* 返回上一级目录*/{int i,k;for(i=0;i<64;i++) /* 查询和当前目录名相同的目录文件名*/{k=c[i].i_num;if(strcmp(cur_dir,c[i].file_name)==0 && (i_node[k].file_style==0)){strcpy(cur_dir,c[i].dir_name); /* 将查询到的目录文件名所在的目录赋值给当前目录*/}}}void display_sys() /* 显示系统信息（磁盘使用情况）*/{int i,m,k=0;for(i=0;i<200;i++){if(memory[i].a==0)k++;}m=200-k;printf("空闲的盘块数是：\t");printf("%d\n",k);printf("使用的盘块数是：\t");printf("%d\n",m);}void help() /* 显示帮助信息*/{printf("注意：创建的文件长度< 300\n\n"); /* 说明文件*/printf("0.初始化**************************format\n");printf("1.查看当前目录文件列表************dir\n");printf("2.查看文件************************cat-----(cat + 空格+ 文件名) \n");printf("3.查看系统信息********************ls \n");printf("4.创建目录************************md------(md + 空格+ 目录名) \n");printf("5.创建文件************************vi------(vi + 空格+ 文件名+ 文件长度) \n");printf("6.删除文件************************del-----(del + 空格+ 文件名) \n");printf("7.删除目录************************deldir--(del + 空格+ 目录名)\n");printf("8.进入当前目录下的指定目录********cd--------(cd + 空格+ 目录名)\n");printf("9.返回上一级目录******************rd \n");printf("10.显示帮助命令*******************help \n");printf("11.退出文件模拟*******************quit \n");}void main() /* 主函数*/{char tmp[10],com[10],tmp1[10],k;struct command tmp2[10];int i, j=0,p,len=0;FILE *fp;help();strcpy(cmd[0].com,"format"); /* 将各个命令存进命令表*/strcpy(cmd[1].com,"dir");strcpy(cmd[2].com,"cat");strcpy(cmd[3].com,"ls");strcpy(cmd[4].com,"md");strcpy(cmd[5].com,"vi");strcpy(cmd[6].com,"del");strcpy(cmd[7].com,"deldir");strcpy(cmd[8].com,"cd");strcpy(cmd[9].com,"rd");strcpy(cmd[10].com,"help");strcpy(cmd[11].com,"quit");if((fp=fopen("system","rb"))==NULL) /* 判断系统文件是否存在*/{printf("can not open file\n");printf("format the disk Y / N \n");scanf("%c",&k);if(k=='y')format();}elseread_file(fp); /* 读取系统文件的内容*/}while(1){j=0; /* 必须重新给恢复0否则出错*/strcpy(tmp,cur_dir);while(strcmp(tmp,"c")!=0){for(i=0;i<64;i++){p=c[i].i_num;if(strcmp(tmp,c[i].file_name)==0 && (i_node[p].file_style==0)){strcpy(tmp2[j].com,tmp);j++;strcpy(tmp,c[i].dir_name);}}}strcpy(tmp2[j].com,tmp);for(i=j;i>=0;i--){printf("%s/",tmp2[i].com);}scanf("%s",com); /* 输入命令并且查找命令的相关操作*/for(i=0;i<12;i++){if(strcmp(com,cmd[i].com)==0){p=i;break;}}if(i==12) /* 如果没有这个语句以后输入的命令都和第一次输入的效果一样*/{p=13; /* 随便的一个值*/}switch(p)case 0: format(); /* 初始化*/break;case 1: display_curdir(); /* 查看当前目录下的文件列表*/break;case 2: scanf("%s",tmp); /* 查看文件*/open_file(tmp);break;case 3: display_sys(); /* 查看系统信息*/break;case 4:scanf("%s",tmp); /* 创建目录*/create_dir(tmp);break;case 5: scanf("%s",tmp); /* 创建文件*/scanf("%d",&len);create_file(tmp,len);break;case 6: scanf("%s",tmp); /* 删除文件*/for(i=0;i<64;i++) /* 判断文件是不是正规文件*/{j=c[i].i_num;if(strcmp(tmp,c[i].file_name)==0 && (i_node[j].file_style)==1){del_file(tmp);break;}}if(i==64){printf("这个不是正规文件文件\n");}break;case 7:scanf("%s",tmp); /* 删除目录*/del_dir(tmp);break;case 8: scanf("%s",tmp1); /* 进入当前目录下的指定目录相当于进入目录cd + 目录名*/display_dir(tmp1);break;case 9: back_dir(); /* 返回上一级目录*/break;case 10:help();break;case 11:write_file(fp); /* 将磁盘利用信息写进系统文件，退出*/return;default:printf("SORRY,没有这个命令\n");break;}}}参考文献[1] 谭浩强，C程序设计题解与上机指导（第二版），北京，清华大学出版社，2000年9月。