操作系统课程设计报告：Linux二级文件系统设计.doc

操作系统课程设计报告：Linux二级文件系统设计操作系统课程设计报告专 业：计算机科学与技术学 号：*姓 名：* 提交日期：2013-3-8【设计目的】（1）本实验的目的是通过一个简单多用户文件系统的设计，加深理解文件系统的内部功能和内部实现。（2）结合数据结构、程序设计、计算机原理等课程的知识，设计一个二级文件系统，进一步理解操作系统。（3）通过分对实际问题的分析、设计、编程实现，提高学生实际应用、编程的能力【设计内容】二级文件系统设计【实验环境】C+/VC+【相关知识综述】1.背景知识（1）外存管理文件系统是一个含有大量的文件及其属性，对文件进行操作、管理的软件，以及向用户提供使用文件的接口的一个集合。在逻辑上它的层次结构是这样的：文件系统接口对对象的操作和管理的软件集合逻辑文件系统基本I/O管理程序（文件组织模块）基本文件系统（物理I/O层）I/O控制层（设备驱动程序）对象及其属性说明作为产品的操作系统有各自的文件系统。比如MS的WINDOWS系列使用的是FAT16、FAT32或NTFS的文件系统、LINUX使用的是EXT2、EXT3文件系统等等。（2）linux的EXT2文件系统linux使用一个叫虚拟文件系统的技术从而可以支持多达几十种的不同文件系统，而EXT2是linux自己的文件系统。它有几个重要的数据结构，一个是超级块，用来描述目录和文件在磁盘上的物理位置、文件大小和结构等信息。inode也是一个重要的数据结构。文件系统中的每个目录和文件均由一个inode描述。它包含：文件模式（类型和存取权限）、数据块位置等信息。一个文件系统除了重要的数据结构之外，还必须为用户提供有效的接口操作。比如EXT2提供的OPEN/CLOSE接口操作。（3）用内存来模拟外存真正的文件系统对外存进行管理，涉及到许多硬件、设备管理方面的底层技术，一方面这些技术不属于操作系统核心内容，一方面过多的内容不免造成实验者顾此失彼，所以这里推荐一种使用内存来模拟外存的方式，可以跳过这些硬件技术而直接把精力放在数据结构设计和操作算法设计上面。 假定pInode是一个指向inode结构的指针，而且它已经放入的需要放入的数值了，现在需要将其写入到特定位置。可用如下代码：fd=fopen(“filesystem”,”w+b”)； /fd是FILE指针类型，w便是写方式，b表示二进制fseek(fd, specific_area,SEEK_SET)；/ fd是文件指针；specific_area为整形，/ 为需要入pInode的位置fwrite(pInode, sizeof(inode), 1,fd)； / 写入pInode信息2、原理算法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。【设计思路】1、数据结构#define MAXNAME 25 /*mfdname,ufdname,filename的最大长度*/#define MAXCHILD 50 /*最大的子文件个数*/#define MAX (MAXCHILD*MAXCHILD) /*物理地址计数fpaddrno的最大长度*/typedef struct /*结构体OSFILE(文件)*/int fpaddr; /*文件的物理地址号0,1,2.*/int flength; /*文件的长度*/int fmode; /*文件模式:0-Read Only;1-Write Only;2-Read and Write;3-protrcted;*/char fnameMAXNAME; /*文件名*/ OSFILE;typedef struct /*结构体OSUFD(用户目录)*/char ufdnameMAXNAME; /*ufd的名字*/OSFILE ufdfileMAXCHILD; /*ufd自己的文件*/OSUFD;typedef struct /*结构体OSUFD'LOGIN(用户注册)*/char ufdnameMAXNAME; /*ufd的名字*/char ufdpword8; /*ufd的密码*/ OSUFD_LOGIN;typedef struct /*文件打开模式*/int ifopen; /*打开情况:0-close,1-open*/int openmode; /*读写模式0-read only,1-write only,2-read and write*/OSUFD_OPENMODE;OSUFD *ufdMAXCHILD; /*ufd及ufd自己的文件（指针型）*/OSUFD_LOGIN ufd_lp; /*建立了一个OSUFD_LOGIN型的 ufd_lp*/int ucount=0; /*mfd的ufd的个数*/int fcountMAXCHILD; /*ufd自己的文件个数*/int loginsuc=0; /*是否成功登陆，1成功*/char usernameMAXNAME; /*记录注册的用户名*/char dirnameMAXNAME;/*记录文件当前的目录*/int fpaddrnoMAX; /*记录文件的物理地址num*/OSUFD_OPENMODE ifopenMAXCHILDMAXCHILD; /*创建一个OSUFD_OPENMODE型的数组用于记录每个文件的打开情况和读写模式*/FILE *fp_mfd,*fp_ufd,*fp_file_p,*fp_file; /*定义FILE * 型的文件指针,用于读文件*/2、主要的函数说明void LoginF() /*用户注册登录*/void DirF() /*显示文件系统的所有文件*/void CdF() /*改变路径*/void CreateF() /*创建文件*/void DeleteF() /*删除文件*/void ModifyFM() /*改变文件模式*/void OpenF() /*打开文件*/void CloseF() /*关闭文件*/void ReadF() /*读文件*/void WriteF() /*写文件*/void QuitF() /*退出文件系统*/void clrscr() /*清屏*/void help(void) /*帮助*/其他重要辅助函数：char *rtrim(char *str) /*移除最右边的空格*/char *ltrim(char *str) /*移除最左边的空格*/void SetPANo(int RorW) /*设置物理地址号(表示该地址号是否被用了0-未用,1-已用),RorW是0-read,1-write*/void InputPW(char *password) /*输入密码并使用'*'代替*/int ExistD(char *dirname) /*目录是否存在,存在返回第i个,不存在返回0*/int ExistF(char *filename) /*文件是否存在,返回返回第i个,不存在返回0*/int FindPANo() /*找出要分配的物理地址号*/int WriteF1() /*创建文件中的写文件*/3、程序流程设计：对于自己实现的4个功能：（1）open():进入open()当前用户名和当前目录相同？NY请转到当前用户名目录下当前文件存在？（文件号>0）输入要打开的文件名，并查找对应的文件号Y该文件不存在N确定当前用户的用户号该文件已经打开？N该文件已经打开，不用再打开Y该文件可以被打开？（不是protect型的）Y该文件是protect的，不能打开打开文件N返回主函数（2）close():进入close()当前用户名和当前目录相同？NY请转到当前用户名目录下当前文件存在？（文件号>0）输入要关闭的文件名，并查找对应的文件号Y该文件不存在N确定当前用户的用户号该文件是关闭的？N该文件未打开，不用关闭YY关闭文件返回主函数（3）write():进入write()当前用户名和当前目录相同？NY请转到当前用户名目录下有打开的文件？输入要写入的文件名，并查找对应的文件号无已经打开的文件提示必须先打开，并显示出已经打开的文件列表NY当前文件存在？（文件号>0）该文件不存在NY该文件已经打开？该文件未打开，不能写NY该文件可以被写入？（是可写或读写模式）该文件是制度模式或保护模式N确定文件路径写入内容到文件中记录文件长度返回主函数（4）delete进入delete()当前用户名和当前目录相同？NY请转到当前用户名目录下当前文件存在？（文件号>0）输入要删除的文件名，并查找对应的文件号Y该文件不存在N确定当前用户的用户号该文件可以被删除？（不是protect型的）该文件是protect的，不能打开NY该文件已经打开？该文件已经打开，不能删除YN删除文件确定文件路径删除的后面的文件向前移该用户的文件总数-1返回主函数把删除后的地址号置为未用【源程序清单】Open，close，write、，delete函数代码如下：void OpenF() /*打开文件*/ char fnameMAXNAME;int i,k;if (strcmp(strupr(dirname),strupr(username)!=0) /*用户名和当前目录不同*/printf("nError! You can only open file in yourself dir.n");else /*用户名和当前目录相同了*/printf("nPlease input FileName:");gets(fname);ltrim(rtrim(fname); /*去除空格*/i=ExistF(fname); /*文件是否存在并返回第几个文件号*/if (i>=0) /*文件存在*/ k=ExistD(username); /*根据用户名确定用户号*/if(ifopenki.ifopen=1) /*该文件已经打开*/printf("nError. file '%s' had been opened, it can not be opened again.n",fname);else /*该文件还未打开*/if(ufdk->ufdfilei.fmode=0)|(ufdk->ufdfilei.fmode=1)|(ufdk->ufdfilei.fmode=2) /*该文件的属性是可以被打开的*/ifopenki.ifopen=1; /*打开,将ifopen设为1*/ifopenki.openmode=(ufdk->ufdfilei.fmode); /*将ifopen.openmode设为该文件的模式*/printf("'%s' has been opened successfully!",fname);else /*保护模式的文件不能被打开*/printf("n'%s' is a protected file, it can not be opened.",fname); else /*文件不存在*/printf("nError.'%s' dose not exist.n",fname);void CloseF() /*关闭文件*/char fnameMAXNAME;int i,k;if (strcmp(strupr(dirname),strupr(username)!=0) /*用户名和当前目录不同*/printf("nError.You can only modify filemode in yourself dir.n");else /*用户名和当前目录相同了*/printf("nPlease input FileName:");gets(fname);ltrim(rtrim(fname); /*去除空格*/i=ExistF(fname); /*文件是否存在并返回第几个文件号*/if (i>=0) /*文件存在*/k=ExistD(username); /*根据用户名确定用户号*/if(ifopenki.ifopen=0) /*该文件未打开*/printf("nError. '%s' has been closed. you can not close it again.n",fname);else /*该文件已打开*/ifopenki.ifopen=0; /*关闭,置为0*/ifopenki.openmode=4; /*修改打开模式为初始的打开模式*/printf("'%s' has been closed successfully!",fname);else /*文件不存在*/printf("nError. '%s' dose not exist.n",fname);void DeleteF() /*删除文件*/char fnameMAXNAME;int i,k,x;char str255,str1255;if (strcmp(strupr(dirname),strupr(username)!=0) /*用户名和当前目录不同*/printf("nError. You can only delete file in yourself dir.n");else /*用户名和当前目录相同了*/printf("nPlease input FileName:");gets(fname);ltrim(rtrim(fname); /*去除空格*/i=ExistF(fname); /*文件是否存在并返回第几个文件号*/if (i>=0) /*文件存在*/ k=ExistD(username); /*根据用户名确定用户号*/if(ufdk->ufdfilei.fmode=3) /*该文件的属性是protect的*/printf("n'%s' is a protected file, it can not be deleted.",fname);else /*该文件的属性不是protect的可以删除*/if(ifopenki.ifopen=1) /*该文件已打开不能删*/printf("n'%s' has been opened, it can not be deleted.",fname);else /*关闭的可以删*/itoa(ufdk->ufdfilei.fpaddr,str,10); /*itoa是将整型转换为字符串,存入str中,10代表10进制*/strcpy(str1,"file"); strcat(str1,str); /*str连到str1后*/strcpy(str,"c:osfilefile"); /*文件目录拷到str中*/ strcat(str,str1); /*把str1连入,最后str为c:osfilefilefilex*/x =_unlink(str); /*删除路径为str的文件,删除成功返回0,否则返回-1*/fpaddrnoufdk->ufdfilei.fpaddr=0;/*把删除后的地址号置为未用*/ for(i;i<(fcountk-1);i+)ufdk->ufdfilei=ufdk->ufdfilei+1; /*删除的文件后面的文件向前移*/fcountk-; /*删除后第k个用户的文件数减1*/printf("'%s' has been deleted successfully!",fname); else /*文件不存在*/printf("nError. '%s' dose not exist.n",fname); void WriteF() /*写文件*/char str50,str150;int i,k,n=0;char fnameMAXNAME;char *rtrim(char *str); char *ltrim(char *str); /*移除空格*/int ExistF(char *filename); /*文件名是否存在返回文件号,Exist-i,Not Exist-0*/int ExistD(char *dirname);if (strcmp(strupr(ltrim(rtrim(dirname),"")=0) /*如果当前目录为空（主目录）*/printf("nError.Please convert to ufd dir before write.n"); /*必须转到用户目录下*/return;elseprintf("nCaution:Open file firstn"); printf("Opened File(s) List:n");k=ExistD(dirname); /*第几个用户*/for(i=0;i<fcountk;i+) /*第k个用户有多少个文件*/if (ifopenki.ifopen=1) /*如果文件已打开*/if (ifopenki.openmode=0) |(ifopenki.openmode=2) /*可以读*/printf("%15s",ufdk->ufdfilei.fname); /*输出这个已打开的可读的文件名*/n+;if(n%4=0)&&(n!=0) printf("n"); /*4个换行*/printf("n%d files openned.n",n);if (n=0) /*无打开的文件,返回*/return;if(n!=0) /*有打开的文件*/printf("nPlease input FileName:");gets(fname);ltrim(rtrim(fname); /*移除空格*/i=ExistF(fname); /*第几个文件号*/if(i>=0) /*文件存在*/if(ifopenki.ifopen=1) /*已打开*/if(ifopenki.openmode=1) |(ifopenki.openmode=2) /*属性可以写*/itoa(ufdk->ufdfilei.fpaddr,str,10); /*将文件号整形转为字符串*/strcpy(str1,"file");strcat(str1,str);strcpy(str,"c:osfilefile"); strcat(str,str1); /*str形成路径c:osfilefilefilex*/fp_file=fopen(str,"wb+"); /*以写二进制方式(并且先清除已有的内容)打开filex文件*/int length=0; char c;printf("Please input text('#' stands for end):n");while(c=getchar()!='#')fprintf(fp_file,"%c",c); /*写入字符到文件filex中*/if (c!='n') length+; getchar();/*接收回车*/fprintf(fp_file,"n"); fclose(fp_file); printf("write successfully!n");ufdk->ufdfilei.flength=length; /*记录文件长度*/else /*属性不可以写*/printf("nError.'%s' has been opened with read ONLY mode. It isn't write.n",fname);else /*文件未打开*/printf("nError.'%s' is in closing status. Please open it before writen",fname);else /*文件不存在*/printf("nError. '%s' does not exist.n",fname);【测试结果】登录系统，并创建用户创建文件并退出程序重新登录后浏览列表，打开文件，阅读文件并重写文件重写后阅读并关闭浏览文件并删除文件删除后再次浏览文件【设计总结】为了完成这次的课程设计，我复习了大一学期学的C语言的文件部分，因为那里我一直没有掌握好，遇到问题查阅MSDN帮助文档，并且为了方便阅读，我把老师之前给的英文注释改成了中文注释，自己还添加了很多注释。通过这次的学习后，让我对文件的操作更加熟练了，并且对Linux有了初步的了解。在老师和同学的帮助下，我完成了这次的任务，并锻炼了自己的思考能力，让我有了很大的收获。【参考文献】1、 C程序设计（第四版）谭浩强著 清华大学出版社2、 MSDN帮助文档