模拟文件系统的设计实现分析.docx
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模拟文件系统的设计实现分析
中北大学
操作系统课程设计
说明书
学院、系：
软件学院
专业：
软件工程
学生姓名：
xxx
学号：
xxx
设计题目：
模拟文件系统的设计与实现
起迄日期:
2015年12月28日-2016年1月8日
指导教师:
xxx
2016年1月8日
1需求分析
通过模拟文件系统的实现，深入理解操作系统中文件系统的理论知识,加深对教材中的重要算法的理解。
同时通过编程实现这些算法,更好地掌握操作系统的原理及实现方法,提高综合运用各专业课知识的能力；掌握操作系统结构、实现机理和各种典型算法，系统地了解操作系统的设计和实现思路，并了解操作系统的发展动向和趋势。
模拟二级文件管理系统的课程设计目的是通过研究Linux的文件系统结构，模拟设计一个简单的二级文件系统，第一级为主目录文件，第二级为用户文件。
2总体设计
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。
文件的创建：
create文件关闭：
close文件的打开：
open
文件的读：
read文件的写：
write文件关闭：
close
删除文件：
delete创建子目录：
mkdir删除子目录：
rmdir
列出文件目录：
dir退出：
exit
系统执行流程图
3．详细设计
主要数据结构：
#defineMEM_D_SIZE1024*1024//总磁盘空间为1M
#defineDISKSIZE1024//磁盘块的大小1K
#defineDISK_NUM1024//磁盘块数目1K
#defineFATSIZEDISK_NUM*sizeof（structfatitem）//FAT表大小
#defineROOT_DISK_NOFATSIZE/DISKSIZE+1//根目录起始盘块号
#defineROOT_DISK_SIZEsizeof（structdirect）//根目录大小
#defineDIR_MAXSIZE1024//路径最大长度为1KB
#defineMSD5//最大子目录数5
#defineMOFN5//最大文件深度为5
#defineMAX_WRITE1024*128//最大写入文字长度128KB
structfatitem/*size8*/
{
intitem;/*存放文件下一个磁盘的指针*/
charem_disk;/*磁盘块是否空闲标志位0空闲*/
};
structdirect
{
/*-----文件控制快信息-----*/
structFCB
{
charname[9];/*文件/目录名8位*/
charproperty;/*属性1位目录0位普通文件*/
intsize;/*文件/目录字节数、盘块数）*/
intfirstdisk;/*文件/目录起始盘块号*/
intnext;/*子目录起始盘块号*/
intsign;/*1是根目录0不是根目录*/
}directitem[MSD+2];
};
structopentable
{
structopenttableitem
{
charname[9];/*文件名*/
intfirstdisk;/*起始盘块号*/
intsize;/*文件的大小*/
}openitem[MOFN];
intcur_size;/*当前打文件的数目*/
};
管理文件的主要代码：
intcreate（char*name）
{
inti,j;
if（strlen（name）>8）/*文件名大于8位*/
return（-1）;
for（j=2;j{
if（!
strcmp（cur_dir->directitem[j].name,name））
break;
}
if（jreturn（-4）;
for（i=2;i{
if（cur_dir->directitem[i].firstdisk==-1）
break;
}
if（i>=MSD+2）/*无空目录项*/
return（-2）;
if（u_opentable.cur_size>=MOFN）/*打开文件太多*/
return（-3）;
for（j=ROOT_DISK_NO+1;j{
if（fat[j].em_disk=='0'）
break;
}
if（j>=DISK_NUM）
return（-5）;
fat[j].em_disk='1';/*将空闲块置为已经分配*/
/*-----------填写目录项-----------------*/
strcpy（cur_dir->directitem[i].name,name）;
cur_dir->directitem[i].firstdisk=j;
cur_dir->directitem[i].size=0;
cur_dir->directitem[i].next=j;
cur_dir->directitem[i].property='0';
/*---------------------------------*/
fd=open（name）;
return0;
}
intopen（char*name）
{
inti,j;
for（i=2;i{
if（!
strcmp（cur_dir->directitem[i].name,name））
break;
}
if（i>=MSD+2）
return（-1）;
/*--------是文件还是目录-----------------------*/
if（cur_dir->directitem[i].property=='1'）
return（-4）;
/*--------文件是否打开-----------------------*/
for（j=0;j{
if（!
strcmp（u_opentable.openitem[j].name,name））
break;
}
if（jreturn（-2）;
if（u_opentable.cur_size>=MOFN）/*文件打开太多*/
return（-3）;
/*--------查找一个空闲用户打开表项-----------------------*/
for（j=0;j{
if（u_opentable.openitem[j].firstdisk==-1）
break;
}
/*--------------填写表项的相关信息------------------------*/
u_opentable.openitem[j].firstdisk=cur_dir->directitem[i].firstdisk;
strcpy（u_opentable.openitem[j].name,name）;
u_opentable.openitem[j].size=cur_dir->directitem[i].size;
u_opentable.cur_size++;
/*----------返回用户打开表表项的序号--------------------------*/
return（j）;
}
intclose（char*name）
{
inti;
for（i=0;i{
if（!
strcmp（u_opentable.openitem[i].name,name））
break;
}
if（i>=MOFN）
return（-1）;
/*-----------清空该文件的用户打开表项的内容---------------------*/
strcpy（u_opentable.openitem[i].name,""）;
u_opentable.openitem[i].firstdisk=-1;
u_opentable.openitem[i].size=0;
u_opentable.cur_size--;
return0;
}
intwrite（intfd,char*buf,intlen）
{
char*first;
intitem,i,j,k;
intilen1,ilen2,modlen,temp;
/*----------用$字符作为空格#字符作为换行符-----------------------*/
charSpace=32;
charEndter='\n';
for（i=0;i{
if（buf[i]=='$'）
buf[i]=Space;
elseif（buf[i]=='#'）
buf[i]=Endter;
}
/*----------读取用户打开表对应表项第一个盘块号-----------------------*/
item=u_opentable.openitem[fd].firstdisk;
/*-------------找到当前目录所对应表项的序号-------------------------*/
for（i=2;i{
if（cur_dir->directitem[i].firstdisk==item）
break;
}
temp=i;/*-存放当前目录项的下标-*/
/*------找到的item是该文件的最后一块磁盘块-------------------*/
while（fat[item].item!
=-1）
{
item=fat[item].item;/*-查找该文件的下一盘块--*/
}
/*-----计算出该文件的最末地址-------*/
first=fdisk+item*DISKSIZE+u_opentable.openitem[fd].size%DISKSIZE;
/*-----如果最后磁盘块剩余的大小大于要写入的文件的大小-------*/
if（DISKSIZE-u_opentable.openitem[fd].size%DISKSIZE>len）
{
strcpy（first,buf）;
u_opentable.openitem[fd].size=u_opentable.openitem[fd].size+len;
cur_dir->directitem[temp].size=cur_dir->directitem[temp].size+len;
}
else
{
for（i=0;i<（DISKSIZE-u_opentable.openitem[fd].size%DISKSIZE）;i++）
{/*写一部分内容到最后一块磁盘块的剩余空间（字节）*/
first[i]=buf[i];
}
/*-----计算分配完最后一块磁盘的剩余空间（字节）还剩下多少字节未存储-------*/
ilen1=len-（DISKSIZE-u_opentable.openitem[fd].size%DISKSIZE）;
ilen2=ilen1/DISKSIZE;
modlen=ilen1%DISKSIZE;
if（modlen>0）
ilen2=ilen2+1;/*--还需要多少块磁盘块-*/
for（j=0;j{
for（i=ROOT_DISK_NO+1;i{
if（fat[i].em_disk=='0'）
break;
}
if（i>=DISK_NUM）/*--如果磁盘块已经分配完了-*/
return（-1）;
first=fdisk+i*DISKSIZE;/*--找到的那块空闲磁盘块的起始地址-*/
if（j==ilen2-1）/*--如果是最后要分配的一块-*/
{
for（k=0;kfirst[k]=buf[k];
}
else/*-如果不是要最后分配的一块--*/
{
for（k=0;kfirst[k]=buf[k];
}
fat[item].item=i;/*--找到一块后将它的序号存放在上一块的指针中-*/
fat[i].em_disk='1';/*--置找到的磁盘快的空闲标志位为已分配-*/
fat[i].item=-1;/*--它的指针为-1（即没有下一块）-*/
}
/*--修改长度-*/
u_opentable.openitem[fd].size=u_opentable.openitem[fd].size+len;
cur_dir->directitem[temp].size=cur_dir->directitem[temp].size+len;
}
return0;
}
intread（intfd,char*buf）
{
intlen=u_opentable.openitem[fd].size;
char*first;
inti,j,item;
intilen1,modlen;
item=u_opentable.openitem[fd].firstdisk;
ilen1=len/DISKSIZE;
modlen=len%DISKSIZE;
if（modlen!
=0）
ilen1=ilen1+1;/*--计算文件所占磁盘的块数-*/
first=fdisk+item*DISKSIZE;/*--计算文件的起始位置-*/
for（i=0;i{
if（i==ilen1-1）/*--如果在最后一个磁盘块-*/
{
for（j=0;jbuf[i*DISKSIZE+j]=first[j];
}
else/*--不在最后一块磁盘块-*/
{
for（j=0;jbuf[i*DISKSIZE+j]=first[j];
item=fat[item].item;/*-查找下一盘块-*/
first=fdisk+item*DISKSIZE;
}
}
return0;
}
intdel（char*name）
{
inti,cur_item,item,temp;
for（i=2;i{
if（!
strcmp（cur_dir->directitem[i].name,name））
break;
}
cur_item=i;/*--用来保存目录项的序号,供释放目录中-*/
if（i>=MSD+2）/*--如果不在当前目录中-*/
return（-1）;
if（cur_dir->directitem[cur_item].property!
='0'）/*--如果删除的（不）是目录-*/
return（-3）;
for（i=0;i{
if（!
strcmp（u_opentable.openitem[i].name,name））
return（-2）;
}
item=cur_dir->directitem[cur_item].firstdisk;/*--该文件的起始盘块号-*/
while（item!
=-1）/*--释放空间,将FAT表对应项进行修改-*/
{
temp=fat[item].item;
fat[item].item=-1;
fat[item].em_disk='0';
item=temp;
}
/*-----------------释放目录项-----------------------*/
cur_dir->directitem[cur_item].sign=0;
cur_dir->directitem[cur_item].firstdisk=-1;
strcpy（u_opentable.openitem[cur_item].name,""）;
cur_dir->directitem[cur_item].next=-1;
cur_dir->directitem[cur_item].property='0';
cur_dir->directitem[cur_item].size=0;
return0;
}
主函数：
intmain（）
{
FILE*fp;
charch;
chara[100];
charcode[11][10];
charname[10];
inti,flag,r_size;
char*contect;
contect=（char*）malloc（MAX_WRITE*sizeof（char））;
if（（fp=fopen（"disk.dat","rb"））==NULL）
{
printf（"Youhavenotformat,Doyouwantformat?
（y/n）"）;
scanf（"%c",&ch）;
if（ch=='y'）
{
initfile（）;
printf（"Successfullyformat!
\n"）;
}
else
{
return0;
}
}
enter（）;
print（）;
show（）;
strcpy（code[0],"exit"）;
strcpy（code[1],"create"）;
strcpy（code[2],"open"）;
strcpy（code[3],"close"）;
strcpy（code[4],"write"）;
strcpy（code[5],"read"）;
strcpy（code[6],"del"）;
strcpy（code[7],"mkdir"）;
strcpy（code[8],"rmdir"）;
strcpy（code[9],"dir"）;
strcpy（code[10],"cd"）;
while
（1）
{
scanf（"%s",a）;
for（i=0;i<11;i++）
{
if（!
strcmp（code[i],a））
break;
}
switch（i）
{
case0:
//退出文件系统
free（contect）;
halt（）;
return0;
case1:
//创建文件
scanf（"%s",name）;
flag=create（name）;
if（flag==-1）
{
printf（"Error:
\nThelengthistoolong!
\n"）;
}
elseif（flag==-2）
{
printf（"Error:
\nThedirectitemisalreadyfull!
\n"）;
}
elseif（flag==-3）
{
printf（"Error:
\nThenumberofopenfileistoomuch!
\n"）;
}
elseif（flag==-4）
{
printf（"Error:
\nThenameisalreadyinthedirect!
\n"）;
}
elseif（flag==-5）
{
printf（"Error:
\nThediskspaceisfull!
\n"）;
}
else
{
printf（"Successfullycreateafile!
\n"）;
}
show（）;
break;
case2:
//打开文件
scanf（"%s",name）;
fd=open（name）;
if（fd==-1）
{
printf（"Error:
\nTheopenfilenotexit!
\n"）;
}
elseif（fd==-2）
{
printf（"Error:
\nThefilehave
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