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操作系统课程设计报告题 目： 文件系统模拟设计 学生姓名： 丁宝殿 学 号： 200917030124 专业班级： 网工09101 同组姓名: 周孚杰 王泽湘 邓家强 张弛 指导教师： 熊 齐 设计时间： 02.13-02.26 指导老师意见: 评定成绩: 签名: 日期:一、设计目的本课程设计是学习完“操作系统原理”课程后进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，更好地掌握操作系统的原理及实现方法，加深对操作系统基础理论和重要算法的理解，加强学生的动手能力。二、设计内容（1）概述为LINUX 设计一个简单的二级文件系统。要求做到以下几点：1、可以实现下列几条命令（至少4条）。Login 用户登录Dir 列文件目录Create 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2、列目录时要列出文件名、物理地址、保护码和文件长度。3、源文件可以进行读写保护。（2）设计原理和系统总体功能框架图设计原理：首先本文件系统采用两级目录，其中第一级对应于用户账户，第二级对应于用户账户下的文件。另外，为了简单本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。另外该文件系统依据以下数据结构及主要函数而设计的。（1）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。（2）用户创建的文件，可以编号存储于磁盘上。如file0，file1,file2.并以编号作为物理地址，在目录中进行登记。设计思想:本系统是模拟实现多用户多目录的文件系统（8个用户）,在系统出现登录后 ,输入用户与口令,在用户登录系统后,可建立文件卷,将用户输入的文件保存在指定的文件中。系统的命令与其命令的具体实现，此模拟系统共提供了上述命令,并根据命令的含义与要求,用C+编程来完成所有具体操作。该系统可以模拟完成用户的登陆和验证,列出文件和目录,新建目录,改变目录,创立和编写文件,删除文件和退出系统等功能。【1】主要的一些数据结构 1)i节点struct inode struct inode *i_forw; struct inode *i_back; char i_flag; unsigned int i_ino; /*磁盘i节点标号*/ unsigned int i_count; /*引用计数*/ unsigned short di_number; /*关联文件数，当为0时，则删除该文件*/ unsigned short di_mode; /*存取权限*/ unsigned short di_uid; /*磁盘i节点用户id*/ unsigned short di_gid; /*磁盘i节点组id*/ unsigned int di_addrNADDR; /*物理块号*/ 2)磁盘i节点 struct dinode unsigned short di_number; /*关联文件数*/unsigned short di_mode; /*存取权限*/unsigned short di_uidunsigned short di_gid;unsigned long di_size; /*文件大小*/unsigned int di_addrNADDR; /*物理块号*/3)目录项结构struct direct char d_nameDIRSIZ; /*目录名*/unsigned int d_ino; /*目录号*/4)超级块struct filsys unsigned short s_isize; /*i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; /*空闲块指针*/unsigned int s_freeNICFREE; /*空闲块堆栈*/unsigned int s_ninode; /*空闲i节点数*/unsigned short s_pinode; /*空闲i节点指针*/unsigned int s_inodeNICINOD; /*空闲i节点数组*/unsigned int s_rinode; /*铭记i节点*/char s_fmod; /*超级块修改标记*/5)用户密码struct pwd unsigned short p_uid;unsigned short p_gid;char passwordPWOSIZ;6)目录struct dir struct direct direct DIRNUM;int size;7)查找内存i节点的hash表 struct hinode struct inode *i_forw;8)系统打开表struct file char f_flag; /*文件操作标志*/unsigned int f_count; /*引用计数*/struct inode *f_inode; /*指向内存i节点*/unsigned long f_off; /*读/写指针*/;9)用户打开表struct user unsigned short u_default_mode;unsigned short u_uid; /*用户标志*/unsigned short u_gid; /*用户组标志*/unsigned short u_ofileNOFILE; /*用户打开表*/;【2】主要的一些函数1、i节点内容获取函数iget( ) 2、i节点内容释放函数iput( ) 3、目录创建函数mkdir( ) 4、目录搜索函数namei( )5、磁盘块分配函数balloc( )6、磁盘块释放函数bfree( )7、分配i节点区函数ialloc( )8、释放i节点区函数ifree( )9、搜索当前目录下文件的函数iname( )10、访问控制函数access( )11、显示目录和文件用函数_dir( )12、改变当前目录用函数chdir( )13、打开文件函数open( )14、创建文件函数create( )15、读文件用函数read( )16、写文件用函数write( )17、用户登录函数login( )18、用户退出函数logout( )19、文件系统格式化函数format( )20、进入文件系统函数install( )21、关闭文件系统函数close( )22、退出文件系统函数halt( )23、文件删除函数delete( )（3）详细设计及少数重要编码的说明整体流程图 读文件模块流程图读模块代码int read()char filenameFILENAME_LENGTH;cin>>filename;   if(recent->child=NULL)      cout<<"文件不存在!"<<endl;   return 1;     if(strcmp(recent->child->filename,filename)=0)       cout<<recent->child->content<<endl;    return 1;     else      temp=recent->child;   while(temp->next)      if(strcmp(temp->next->filename,filename)=0)   cout<<temp->next->content<<endl;   return 1;     cout<<"文件不存在!"<<endl;      写模块流程图写模块代码int write()char filenameFILENAME_LENGTH;cin>>filename;   if(recent->child=NULL)      cout<<"文件不存在!"<<endl;   return 1;     if(strcmp(recent->child->filename,filename)=0)       recent->child->isopen=1;/设置文件标记为打开    cin>>recent->child->content;    recent->child->isopen=0;/设置文件标记为关闭    cout<<"文件写入成功!"<<endl;    return 1;     else      temp=recent->child;   while(temp->next)      if(strcmp(temp->next->filename,filename)=0)       recent->child->isopen=1;/设置文件标记为打开       cin>>temp->next->content;    recent->child->isopen=0;/设置文件标记为关闭    cout<<"文件写入成功!"<<endl;   return 1;     cout<<"文件不存在!"<<endl;      删除模块流程图删除模块代码int delet()  char filenameFILENAME_LENGTH;  cin>>filename;    temp=new fnode;     if(recent->child)      temp=recent->child; while(temp->next && (strcmp(temp->filename,filename)!=0 | temp->isdir!=0)        temp=temp->next; if(strcmp(temp->filename,filename)!=0)     cout<<"不存在该文件！"<<endl;    return 0;    else      cout<<"不存在该文件！"<<endl;  return 0;    if(temp->parent=NULL)     temp->prev->next=temp->next;   if(temp->next)     temp->next->prev=temp->prev;        temp->prev=temp->next=NULL;   else     if(temp->next)    temp->next->parent=temp->parent;   temp->parent->child=temp->next;   delete temp;  cout<<"文件已删除!"<<endl;（4）运行结果分析该实验室在unix系统下进行的，由于平常使用的是windows系统下工作的，所以开始使用有点困难，最后在老师的帮助及自己上网查资料的情况下，虽然问题不断出现，但基本的常识问题基本得到了解决，例如：不知道怎样进unix系统，怎样建立文件，怎样输入数据，怎样保存数据，怎样退出编译环境，怎样删除数据及文件，等等。1、建立新的文件，打开，读，写运行结果截图。2、返回根目录下，并删除根目录下所有子目录和文件运行结果截图。（5）设计小结操作系统课程设计是计算机中重要的实践环节，通过本课程设计使我更透彻的理解到操作系统的基本概念和原理并且加强了自己的实验手段与实践技能，培养了自己独立分析问题，解决问题应用知识的而创新精神。在设计中也发现了自己的不足之处，对所学的知识理解不够深刻，设计过程中也遇到很多问题，但最终通过查找资料和与老师同学的交流大部分得到解决。 总之，这次课程设计学到很多新知识，得到了很大收获。（6）参考文献 1计算机操作系统(第3版)，汤小丹，西安电子科技大学出版社，2007年7月2C语言程序设计，孟庆昌，人民邮电出版社，2006年4月） （7）部分程序源代码1、编写makefile本文件系统程序用GNU make工具进行管理，makefile内容如下：/* makefile*/filsys:main.o igetput.o iallfre.o ballfre.o name.o access.o log.o close.o creat.o delete.o dir.o open.o rdwt.o format.o install.o halt.occ -mcpu=i686 -o filsys main.o igetput.o iallfre.o ballfre.o name.o access.o log.o close.o creat.o delete.o dir.o open.o rdwt.o format.o install.o halt.o main.o:main.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c main.cigetput.o:igetput.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c igetput.ciallfre.o:iallfre.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c iallfre.cballfre.o:ballfre.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c ballfre.cname.o:name.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c name.caccess.o:access.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c access.clog.o:log.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c log.cclose.o:close.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c close.ccreat.o:creat.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c creat.cdelete.o:delete.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c delete.cdir.o:dir.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c dir.copen.o:open.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c open.crdwt.o:rdwt.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c rdwt.cformat.o:format.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c format.cinstall.o:install.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c install.chalt.o:halt.c filesys.hcc -mcpu=i686 -c halt.cclean: rm filsys filesystem *.o2、头文件filesys.h头文件filesys.h用来定义本文件系统中所使用的各种数据结构和常数符号。/*filesys.h定义本文件系统中的数据结构和常数*/#define BLOCKSIZ 512#define SYSOPENFILE 40#define DIRNUM 128#define DIRSIZ 14#define PWDSIZ 12#define PWDNUM 32#define NOFILE 20#define NADDR 10#define NHINO 128 /*must be power of 2 */#define USERNUM 10#define DINODESIZ 32/*filsys*/#define DINODEBLK 32#define FILEBLK 512#define NICFREE 50#define NICINOD 50#define DINODESTART 2*BLOCKSIZ#define DATASTART (2+DINODEBLK)*BLOCKSIZ/*di_node*/#define DIEMPTY 00000#define DIFILE 01000#define DIDIR 02000#define UDIREAD 00001 /*user*/#define UDIWRITE 00002#define UDIEXICUTE 00004#define GDIREAD 00010 /* group*/#define GDIWRITE 00020#define GDIEXICUTE 00040#define ODIREAD 00100 /*other*/#define ODIWRITE 00200#define ODIEXICUTE 00400#define READ 1#define WRITE 2#define EXICUTE 3#define DEFAULTMODE 00777/*i_flag*/#define IUPDATE 00002/*s_fmod*/#define SUPDATE 00001/*f_flag*/#define FREAD 00001#define FWRITE 00002#define FAPPEND 00004/*error*/#define DISKFULL 655535/*fseek origin */#define SEEK_SET 0 /*文件系统数据结构*/struct inode struct inode *i_forw; struct inode *i_back; char i_flag; unsigned int i_ino; /*磁盘i节点标志*/ unsigned int i_count; /*引用计数*/ unsigned short di_number; /*关联文件数，当为0时，则删除该文件*/ unsigned short di_mode; /*存取权限*/ unsigned short di_uid; unsigned short di_gid; unsigned short di_size; /*文件大小*/ unsigned int di_addrNADDR; /*物理块号*/; struct dinode unsigned short di_number; /*关联文件数*/ unsigned short di_mode; /*存取权限*/ unsigned short di_uid; unsigned short di_gid; unsigned long di_size; /*文件大小*/ unsigned int di_addrNADDR; /*物理块号*/ ; struct direct char d_nameDIRSIZ; unsigned int d_ino; ; struct filsys unsigned short s_isize; /*i节点块数*/ unsigned long s_fsize; /*数据块数*/ unsigned int s_nfree; /*空闲块*/ unsigned short s_pfree; /*空闲块指针*/ unsigned int s_freeNICFREE; /*空闲块堆栈*/ unsigned int s_ninode; /*number of free inode in s_inode*/ unsigned short s_pinode; /*pointer of the sinode*/ unsigned int s_inodeNICINOD; /*空闲i节点数*/ unsigned int s_rinode; /*remember inode*/ char s_fmod; /*超级块修改标志*/ ; struct pwd unsigned short p_uid; unsigned short p_gid; char passwordPWDSIZ; ; struct dir struct direct directDIRNUM; int size; /*当前目录大小*/ ; struct hinode struct inode *i_forw; /*hash表指针*/ ; struct file char f_flag; /*文件操作标志*/ unsigned int f_count; /*引用计数*/ unsigned int f_inode; /*指向内存i节点*/ unsigned long f_off; /*read/write character pointer*/ ; struct user unsigned short u_default_mode; unsigned short u_uid; unsigned short u_gid; unsigned short u_ofileNOFILE; /*用户打开文件表*/ /*system open file pointer number */ ; extern struct hinode hinodeNHINO; extern struct dir dir; /*当前目录（在内存中全部读入）*/ extern struct file sys_ofileSYSOPENFILE; extern struct filsys filsys; /*内存中的超级块*/ extern struct pwd pwdPWDNUM; extern struct user userUSERNUM; extern FILE *fd; /* the file system column of all the system*/ extern struct inode *cur_path_inode; extern int user_id; extern int iHave_formated; extern int iCur_free_block_index; /*proptype of the sub roution used in the file system*/ extern struct inode *iget( ); extern int iput( ); extern unsigned int balloc( ); extern bfree( ); extern struct inode *ialloc( ); extern ifree( ); extern unsigned int namei( ); extern unsigned short iname( ); extern unsigned int access( ); extern _dir( ); extern mkdir( ); extern chdir( ); extern unsigned short open( ); extern creat( ); extern unsigned int read( ); extern unsigned int write( ); extern int login( ); extern logout( ); extern install( ); extern format( ); extern close( ); extern halt( ); 3、主程序main( ) (文件名 main.c) 主程序main.c用来测试文件系统的各种设计功能，其主要功能描述如程序设计中的第4部分。 #include "stdio.h"#include "filesys.h" struct hinode hinodeNHINO; struct dir dir; struct file sys_ofileSYSOPENFILE; struct filsys filsys; struct pwd pwdPWDNUM; struct user userUSERNUM; FILE *fd; struct inode *cur_path_inode; int user_id; int iHave_formated; int iCur_free_block_index; main( ) unsigned short ab_fd1,ab_fd2,ab_fd3,ab_fd4,ab_fd5; char *buf; char file_content_bufBLOCKSIZ; char c; printf("begin:n"); printf("nDo you want to format the disk?n"); if(getchar( )='y') printf("nFormat will erase context on the disk n Are you sure?n"); getchar(); if(c=getchar( )='y') printf("format startsn"); format( ); iHave_formated = 1; printf("format endedn"); else printf("received char :%c from stdinn",c); printf("step 1 endedn"); install( ); printf("step 2 endedn"); _dir( ); printf("step 3 endedn"); login(2118,"abcd"); user_id=0; printf("step 4 endedn"); mkdir("a2118"); _dir(); printf("step 5-1 endedn"); chdir("a2118"); _dir(); printf("step 5-2 endedn"); ab_fd1=creat(2118,"ab_file0.c",01777); _dir(); printf("step 6 endedn"); buf=(char *)malloc(BLOCKSIZ*6+5); printf("step 7 endedn"); write(2118,ab_fd1,buf,BLOCKSIZ*6+5); printf("step 8 endedn"); close(2118,ab_fd1); printf("step 9 endedn"); free(buf); mkdir("subdir"); printf("step 10-1 endedn"); chdir("subdir"); printf("step 10-2 endedn"); ab_fd2=creat(2118,"file1.c",01777); printf("step 11 endedn"); buf=(char *)malloc(BLOCKSIZ*4+20); printf("step 12 endedn"); write(2118,ab_fd2,buf,BLOCKSIZ*4+20); printf("step 13 endedn"); close(2118,ab_fd2); free(buf); printf("step 14 endedn"); chdir("."); printf("step 15 endedn"); ab_fd3=creat(2118,"ab_file2.c",01777); buf=(char *)malloc(BL