简单多用户文件系统操作系统课程设计.doc

简单多用户文件系统1.课程设计的目的操作系统课程设计是计算机专业重要的教学环节，它为学生提供了一个既动手又动脑，将课本上的理论知识和实际有机的结合起来，独立分析和解决实际问题的机会。为 进一步巩固和复习操作系统的基础知识，培养学生结构化程序、模块化程序设计的方法和能力，提高学生调试程序的技巧和软件设计的能力，提高学生分析问题、解决问题以及综合利用 C 语言进行程序设计的能力。本课程设计设计一个简单多用户文件系统，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，加深理解文件系统的内部功能及内部实现，掌握文件存储空间的管理，理解文件的物理结构，掌握目录结构的实现，掌握文件操作的实现。2. 课程设计的开发语言Microsoft Visual C+ 6.0下的Win32控制台程序，C语言。VC+是Microsoft公司的C+开发工具，具有集成开发环境，可提供编辑C语言，C+以及C+/CLI等编程语言。本课程设计的文件系统利用VC+软件的编辑C语言功能，在Win32控制台程序下操作，在DOS环境下运行。3. 功能描述在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储器，在其上实现一个简单多用户的文件系统。文件物理结构可采用显式链接或其他方法。磁盘空闲空间的管理可选择位示图或其他方法。如果采用位示图来管理文件存储空间，并采用显式链接分配方式，则可以将位示图合并到FAT中。一个较实用的用户界面，方便用户使用。可提供以下相关文件操作：具有login (用户登录)系统初始化（建文件卷、提供登录模块）列出文件目录：dir文件内容的查看：view新建文件：create删除文件：delete 修改文件：modify锁定状态转换：lock注销退出：logout文件目录结构采用多用户目录结构，每个目录项包含文件名、大小、是否锁定、物理地址等信息，可以通过目录项实现对文件的读和写的保护。4. 方案论证4.1概要设计本系统为二级文件系统，既要实现对文件的增删改查，同时又具备登陆系统、注册用户的功能，各个用户之间的文件系统互不干扰。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。系统采用结构体来存储用户、文件目录、文件数据内容：0 48*5 48*5+44*50 48*5+44*50+264*200文件目录区文件数据区用户区每个分区都是由结构体组成，每个分区的结构体的个数由格式化系统时决定。为系统设计一个简单的二级文件系统，可以实现下列几条命令：login（用户登陆）、dir（列文件目录）、view（查看文件内容）、create（新建文件）、delete（删除文件）、modify（修改文件）、lock（锁定转换）、logout（注销）。列目录时列出文件名、文件长度、是否锁定、物理地址，源文件可以进行读写保护。主函数所有功能流程图如图1所示。生成虚拟磁盘文件登录文件操作菜单查看文件内容新建文件删除文件修改文件锁定状态转换返回操作菜单注销退出图1 主函数功能流程图4.2详细设计4.2.1用户登录(login)模块首次进入系统时，还没有文件系统，则会提示格式化文件系统，创建分区，并初始化分区，系统的初始化要完成文件系统的建立，包括以下几部分：请求内存、设置位示图、初始化文件索引、初始化文本块链表、初始化系统的当前状态、创建一个根目录做为系统的根。验证登录用户的身份，用户登录成功后会初始化当前用户等一系列的系统当前信息，默认用户的类型为普通用户，如果用户未能通过身份验证，提示用户登录失败，退出系统。用户登录模块的算法流程图如图2所示。创建并初始化分区是否存在用户?新建用户登录创建成功用户身份验证用户名是否存在?登陆成功否是否是图2 用户登录流程图4.2.2查看文件内容(view)模块查看文件内容接收查看文件名称文件是否存在?文件查看失败创建查看文件结点并复制文件信息将该结点链接到查看文件链中操作成功，内容以0填充否是图3 查看文件内容流程图只支持在当前用户当前目录下进行操作，前提是用户已创建文件，通过用户给定的文件名在文件索引中搜索到文件的物理文件块ID，找到该文件元素后，将文件当前状态置为打开，通过类似的查找方式，找到文件的数据部分，将数据显示到界面，默认创建的时候用0填充文件内容。查看文件内容模块的算法流程图如图3所示。4.2.3新建文件(create)模块是新建文件接收新建文件名判断文件是否存在?判断是否溢出接收文件大小新建文件失败文件是否锁定创建成功是否否是否图4 新建文件模块流程图只支持在当前用户目录下创建文件，根据位示图找到一个未使用的文件块用来存放用户的文件信息，根据系统当前状态来构建一个文件系统元素放入到找到的文件块中，新创建的文件状态为关闭，同时更新位示图和文件索引。新建文件时要求输入文件名称，当文件名称不存在，即与当前用户文件目录下的文件不发生冲突时，继续接收用户提供的文件长度，当文件不发生越界则接受锁定状态，文件新建成功。新建文件模块算法流程图如上图4所示。4.2.4删除文件(delete)模块删除文件并不真正清理文件的物理存储内容，只是将文件的有效状态更改为无效。执行删除文件操作时，输入要删除的文件名，然后根据用户给定的文件名判断当前用户目录下是否存在该文件，若不存在则删除失败，若文件存在则继续判断文件是否被锁定，若文件处于锁定状态则删除失败，若处于非锁定状态则操作成功。删除文件模块的算法流程图如图5所示。删除文件判断文件是否存在?接收删除文件名删除失败文件是否锁定?释放所占用的盘块删除成功否是否是图5 删除文件模块流程图4.2.5修改文件(modify)模块只支持在当前用户目录下进行操作，前提是用户已执行文件打开的命令，否则无法对文件进行修改。命令成功后，会等待用户的输入，用户输入完毕，按回车键（Enter），结束输入，系统会读入用户的输入内容，保存到相应的文件块。如果用户的输入太多，会出现越界现象，从而导致修改文件内容失败。修改文件模块的算法流程图如图6所示。修改文件内容接收文件名文件是否存在?内容长度是否越界?接收新文件内容修改成功修改失败否否是是图6 修改文件模块流程图4.2.6锁定状态转换(lock)模块锁定状态转换接收文件名文件是否存在?转换失败转换成功否是图7 锁定状态转换流程图只支持在当前用户目录下进行操作，当文件处于锁定状态时，文件被系统进行读写保护，文件不能被删除，可以被读取、修改。只有当文件处于非锁定状态时，才能被删除。锁定状态的转换即对文件的锁定、非锁定状态之间的转换。锁定状态转换模块的算法流程图如图7所示。5. 程序及说明整个文件系统的编码构成主要为：Allstruct.h定义了每个分区的结构体；Mysys.h声明了对系统操作的各种方法；Myuserfile.h声明了对文件操作的各种方法；Mymain.cpp整个系统的主函数，操作入口；Mysys.cpp包含了mysys.h，实现了操作系统的各种方法；Myuserfile.cpp包含了myuserfile.h，实现了操作文件的各种方法；主要数据结构：Allstruct.h文件的内容struct s_user /用户区结构体long isuse; /是否使用char name20; /用户名char psd20; /密码long address; /目录地址;struct s_list /目录结构体long isuse; /是否使用char name20; /文件名字long myaddress; /本条目录地址long pointaddress; /指向的文件的地址long isfile; /是否锁定long pointsize; /目标文件的大小long nextaddress; /下条目录的地址;struct s_file /文件结构体long isuse; /是否使用char content256; /文件内容long next; /下个文件块地址;6. 设计结果与分析(1)、使用Microsoft Visual C+6.0建立文件系统所需的编码文件，建立完成后进行编译，经多次修改无误后运行进入系统。首次进入系统，还没有文件系统，则会提示生成虚拟磁盘文件，格式化文件系统，创建分区，并初始化分区。系统的初始化要完成文件系统的建立，包括以下几部分：请求内存、设置位示图、初始化文件索引、初始化文本块链表、初始化系统的当前状态、创建一个根目录做为系统的根。生成虚拟磁盘文件如图8所示。图8 生成虚拟磁盘文件(2)、系统初始化后，没有用户，提示创建用户，在输入用户名及两次登录密码后，验证用户名是否有效，若有效则将用户名及登录密码添加进入存储系统，使用户下次能正常登录系统，新用户创建完成。用户创建成功后出现对系统操作的菜单，此时菜单中的注册菜单功能即创建新用户的过程。创建新用户如图9所示。图9 创建新用户(3)、用户登录，验证登录用户的身份，用户登录成功后会初始化当前用户等一系列的系统当前信息，显示当前用户下的所有文件及其详细信息，同时显示对文件操作的菜单。如图10所示。图10 用户登录及文件操作菜单(4)、新注册的用户默认为没有文件，选择创建文件功能项，输入文件名称，文件长度及文件的锁定状态，文件新建成功，并且每次对文件操作后显示当前用户的所有文件和操作菜单。新建文件功能如图11所示。图11 新建文件(5)、对文件查看，默认创建的时候用0填充文件内容，如图12所示。图12 查看文件内容(6)、接收修改文件内容命令后，等待用户输入要修改的文件名，然后输入修改的内容，用户输入完毕，按回车键（Enter），结束修改。修改文件内容如图13所示。图13 修改文件内容(7)、当新建的文件为锁定状态，不能被删除。对文件的锁定进行装换，将锁定状态的文件转换成自由读写状态，用户可随意对文件进行删除操作。图14 锁定状态转换(8)、当文件处于自由读写状态时可对文件进行删除操作，删除文件并不真正清理文件的物理存储内容，只是将文件的有效状态更改为无效。图15 删除文件(9)、当用户完成对文件的管理，可以注销登录并退出系统。7. 设计心得体会经过一周的努力，我的课程设计基本完成了，这次课程设计培养了我耐心，慎密、全面地考虑问题的能力，从而加快了问题解决的速度、提高了个人的工作效率，以及锻炼围绕问题在短时间内得以解决的顽强意志。在编写程序的过程中，我的能力得到了提高，同时养成了科学、严谨的作风和习惯。为此我要感谢信息学院开设了这门操作系统课程设计，为我们提供了进一步学习算法、操作系统和巩固C语言程序计设这个平台并。同时还要感谢对同一题目进行攻关的同学们给予的帮助，没他们的帮助可能有很多问题我个人不能进行很好的解决。在此我对他们帮助给予衷心的感谢。首先，我认为这次课程设计是对学习操作系统的一次综合考察，锻炼我综合分析问题、解决问题的能力。报课程设计的题目时，为程序本身的简单而窃喜过。但到了实验的时候，才发现并非我想象的那么简单，实验过程中也出现了一些难题需要解决，为此去苦苦探索过。课程设计期间，几乎每天都完全投入进去了，就像是在做一个相当重要的项目一样的感觉。曾经跑过图书馆几次，只是为了一种新的想法得到实现，也曾多次登录网站浏览网页，为了弥补一些知识上的纰漏，为此曾洒下了真实的汗水。当我的想法得到实现，又学会了新的知识的时候，心中满是欣喜，或许这是实践出真知的真实验证，有付出就有回报的真实写照吧。其次，我感受了真诚的友谊。在实验中，遇到的问题是多方面的，而且有那么一部分是以前学过的C问题，但是已经忘却或是以前没有真正的理解过。但是你会发现就在你的身边，会有那么一批人在背后热心的帮助你，让你身处困境却感到无限希望。这好像是人生的一种历程，风风雨雨中我们一起走过，然后为了一些坑坑洼洼彼此真诚的帮助过和无私的付出过。同学和老师的协作和彼此心的交流让我感受到了热情，这也是我们成长中必不可失的重要部分。最后，我认识到了自己的不足。平心而论，以前真的没有认真的学习过，即使是在听课，可是后来却没有对学习中出现的问题而仔细分析过。得过且过，迷失了我前进的方向，而现在却又重新敞开了。不论是以后的学习还是工作，我想这都是很重要的，我们需要不断进步的动力。参考文献1 潘新民，王燕芳. 微型计算机控制技术M. 北京：电子工业出版社，2003.4：305-350 2 范立南，刘岚. 操作系统实用教程M. 北京：北京大学出版社，2010.5：189-215 3 汤子瀛，哲凤屏. 计算机操作系统M.西安：西安电子科技大学学出版社. 2007.5：34-1584 曾明. Linux操作系统应用教程M. 陕西：陕西科学技术出版社. 2005.3：142-180 5 张丽芬，刘利雄. 操作系统实验教程M. 北京：清华大学出版社. 2001.10：264-288 6 任满杰. 操作系统原理实用教程M. 北京：电子工业出版社.2003.5：251-302附录Allstruct.hstruct s_user /用户区结构体long isuse; /是否使用char name20; /用户名char psd20; /密码long address; /目录地址;struct s_list /目录结构体long isuse; /是否使用char name20; /文件名字long myaddress; /本条目录地址long pointaddress; /指向的文件的地址long isfile; /是否锁定long pointsize; /目标文件的大小long nextaddress; /下条目录的地址;struct s_file /文件结构体long isuse; /是否使用char content256; /文件内容long next; /下个文件块地址;mysys.h#include <stdio.h>#include "myuserfile.h"class MSysterm /封装了管理系统的方法/成员变量private:FILE *myfile;MUser myuser;/成员函数public:MSysterm()void outName(); /打印登陆后的用户名int cheack(); /检查虚拟文件系统跟是否存在int myformat(); /初始化虚拟磁盘int createuser(); /创建用户int login(); /用户登录void mymain(); /主控制程序int logout(); /用户注销;myuserfile.h #include <stdio.h>class MUser /封装了管理文件的方法 /成员变量public:FILE *myfile;char name20; /用户名char psd20; /密码long listaddress; /目录地址long myaddress; /此用户的地址private:long lastaddress; /最后一个目录的地址/成员函数public:int createFile(); /增加文件int delFile(char filename20);/删除文件int revampFile(char filename20);/修改文件int mydir(); /列出当前目录的所有文件（夹）int viewFile(char filename20);/查看文件int myConversion(char filename20);/转换是否锁定状态private:int isSame(char filename_f20,char filename_s20);mymain.cpp#include <stdio.h>#include <iostream>#include "mysys.h"#include <limits>using namespace std;int main()char nod1;int n_select = 2 , i_1 =0;MSysterm mysys;/*文件不存在的程序入口*/if(mysys.cheack()=-1)/磁盘空间不存在cout<<"虚拟磁盘文件不存在，是否生成？ Y/N "<<endl;cin>>nod1;cin.clear(); / 清除流的错误标记cin.ignore(numeric_limits<streamsize>:max(),'n'); / 清空输入流if(nod1='Y'|nod1='y')cout<<"正在创建。"<<endl;if(mysys.myformat()!=1)/创建磁盘空间cout<<"创建磁盘空间失败！即将退出。"<<endl;cin>>nod1;return 2;cout<<"创建完成！是否创建用户？ Y/N "<<endl;cin>>nod1;cin.clear(); / 清除流的错误标记cin.ignore(numeric_limits<streamsize>:max(),'n'); / 清空输入流if(nod1='Y'|nod1='y')if(mysys.createuser()=1)/创建用户cout<<"创建用户成功。"<<endl;elsecout<<"创建用户失败！即将退出。"<<endl;return 3;elsecout<<"匿名用户无法进入系统，正在退出。"<<endl;return 4;elsecout<<"程序已结束！按任意键退出。"<<endl;return 1;/*文件存在的程序入口*/for (;)cout<<"*"<<endl;cout<<"请选择："<<endl;cout<<" 1. 登录"<<endl<<" 2. 注册"<<endl<<" 3. 退出"<<endl;cout<<"*"<<endl;cin>>n_select;cin.clear(); / 清除流的错误标记cin.ignore(numeric_limits<streamsize>:max(),'n'); / 清空输入流if (n_select = 1)for (int i_1=0;i_1<=3;i_1+)/登录if (mysys.login()=1)cout<<"登陆成功！欢迎您 "mysys.outName();break;elsecout<<"用户名不存在或密码错误！"<<endl;if (i_1=4)cout<<"非法用户!"<<endl<<"输入任意键退出。"<<endl;cin>>nod1;return 5;break;if (n_select = 2)if(mysys.createuser()=1)/创建用户cout<<"创建用户成功。"<<endl;elsecout<<"创建用户失败！"<<endl;if (n_select = 3)return 6;mysys.mymain();return 0;