汤园园课程设计.doc

操作系统课程设计报告题 目： 文件系统模拟实验 学生姓名： 汤园园 学 号： 200917030133 专业班级： 网工09101班 同组姓名: 彭丽娜 郭双 武娟 何巧林 指导教师： 熊 齐 设计时间： 2012.2.132012.2.26 指导老师意见: 评定成绩: 签名: 日期:一、设计目的该实验的目的是通过学习文件系统的模拟实验使我们能够更好的了解与掌握unix系统下的文件系统的基本设计原理，及unix系统下的基本操作方法，另外，通过这次实验能够提高我们的实践动手能力，以及团队合作分工能力。总之，该实验的主要目的是在掌握基本原理及基本方法的情况下，锻炼我们的实际操作能力。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】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( )format开始 formatDir选择操作 install logout halt loginChdirMkdirCreatWriteCloseDeleteeDeletee 结束（3）详细设计及少数重要编码的说明【1】头文件filesys.h的设计： 它包括文件系统中的数据结构，常量，全局变量等申明。 例如：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) 常量的设置：#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【2】主函数模块(main.c)： 其中重要部分代码： 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);【3】初始化磁盘格式模块(format.c)： 其中的一下重要的算法： /*给main()中的密码表pwdPWDNUM填入内容*/ pwd0.p_uid=2116;pwd0.p_gid=03; strcpy(pwd0.password,"dddd"); pwd1.p_uid=2117;pwd1.p_gid=03; strcpy(pwd1.password,"bbbb"); pwd2.p_uid=2118;pwd2.p_gid=04; strcpy(pwd2.password,"abcd"); pwd3.p_uid=2119;pwd3.p_gid=04; strcpy(pwd3.password,"cccc"); pwd4.p_uid=2220;pwd4.p_gid=05; strcpy(pwd4.password,"eeee");该模块的流程图：结束开始 Buf是为null? 是 否初始化用户登录初始化超级块创建主目录和副目录【4】进入文件系统模块(install.c)： 其中的一下重要的算法： /*2. initialize the inode hash chain */ for (i=0;i<NHINO;i+) hinodei.i_forw=NULL; /*3. initialize the sys_ofile */ for (i=0;i<SYSOPENFILE;i+) sys_ofilei.f_count=0; sys_ofilei.f_inode=NULL; /*4. initialize the user */ for (i=0;i<USERNUM;i+) useri.u_uid=0; useri.u_gid=0; for(j=0;j<NOFILE;j+) useri.u_ofilej=SYSOPENFILE+1;该模块的流程图开始结束 从超级块中读取文件系统文件初始化hash chain初始化系统打开文件初始化用户冲初始化列表读主目录【5】退出模块(halt.c)： 其中的一下重要的算法：/* 3. write back the filesys to the disk */fseek(fd,BLOCKSIZ,SEEK_SET);fwrite(&filsys,1,sizeof(struct filsys),fd);/*4. close the file system column*/fclose(fd);该模块的流程图：开始是否继续使用该系统 是关闭用户文件关闭系统 否结束（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。下面是我们的程序的最终输出结果：（5）设计小结（本设计的特色、经验教训和体会等）（6）参考文献 1计算机操作系统(第3版)，张尧学，清华大学出版社，2006年10月2C语言程序设计，孟庆昌，人民邮电出版社，2006年4月 （7）附源代码 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 =