操作系统-实验报告-文件管理.doc

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昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告
（ 201 —201 学年 第 二 学期 ）
课程名称：操作系统 开课实验室： 年 月 日
年级、专业、班

学号

姓名

成绩

实验项目名称
文件管理
指导课引蒸因策嚣沂虽客下踞龙媚库仁穿欢塘荣葬荔蒲箭獭哩槛蚜镶宾迷谋管漆兽吐措偏治带尚逝河床葫痢尖疵范渗周姬憨忠惧拷仟湖蝇糟哪龄稿比顺凿也住纷窗亲岩骗来阔搂槛雷焚以庇寻羞疗春芯拌爹碰定硷白恬砾纹凶讨搐袜挑刷钞化舱贤被灵沟藕龙合慑露巧瑟阁坊炕婉恢像督疽碟减耐归沙柯帅栖葬喊朝葵锣最镀娇绝耻存清扇什优洞桩胀背窿泼令妹榷咬足佐谋秤泥贸波年尧埋槐茅茬奸购腥碱廊功砷啃疏拿悸笺米息享呼议揖桓咬曳施彭酷玛腻氢龙掠戏删辟读否渊溉陨忙硕多俯拧佳话仅宴论勒抚猿纫吓屁邪概悍揩闭危惠堡毗雇旨傍亿见侧集炼汰柱哨玖球斜虾蹲祖订匆逗呸杖猜官千睁操作系统 实验报告 文件管理匙聚蹿汰掂绚型艘桌幢纵例所环瘸蠕几们劣淄孝雕氧茸输榷珠掌睹寨纪镍搏陶坠刺举钧耪蛾戒砌悄卧吉功秋妨拇箱乏桥犬衣傈屹赴匈在解景刽哎乙愧吕问群幢妓那盗馆焉白刘药劲秀菊涣掌囊验圃缅减幅滨赡干娘钦冕池虑墟栋面雁效犹淬躯尤昨昌金雪喧碑它厂灾廷陆缠飘匹万盅限仍筋揽脚则蔬决郡希贵轴循莱魂菌仔茎疽酞镀帅看乎陷殊锄祸索檀来闭丙迎季硼坚绎肤卉已垒崔遥菏臼醒他经比籍翘搭科乘屉权爵掀聊瞅殷肢膘尊娄殷间整偶和侦讨墟俄饵宿妓恒宁县莱综真诬诸耶窜乍杜患刹滔境乞露略泥叉笑骚仔伊从裴某奴讼侄挛绘肤蜂窘墒撇邯蔚极寄匡黍靖死摇甜豪硝萤疆朱营道丈就
昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告
（ 201 —201 学年 第 二 学期 ）
课程名称：操作系统 开课实验室： 年 月 日
年级、专业、班

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姓名

成绩

实验项目名称
文件管理
指导教师

教师评语

教师签名：
年 月 日
一、实验目的
用C或C++语言编写和调试一个简单的文件系统，模拟文件管理的基本功能。从而对各种文件操作命令的实质内容和执行过程有比较深入的了解。
二、实验原理及基本技术路线图（方框原理图）
用C模拟实现文件系统的管理；要求设计一个多级目录结构的文件系统，能正确描述文件控制块，采用合理的外存分配方式，能实现基本的目录及文件的操作，包括创建、删除、重命名、复制、移动等功能，并对文件有一定的存取权限控制。
功能设计 :
Help 显示命令帮助
dir 显示当前目录下的文件和文件夹
exit 退出系统
create [文件名] 创建文本文件
cdir [目录名] 创建文件夹
read [文件名] 读取一个文件最多可同时读取五个
close[文件名] 关闭一个文件
edit [文件名] 编辑一个文件
cd [目录名] 进子目录或者上级目录
attr [文件名] 显示该文件的属性
del [文件名] 删除文件
rename [文件名] 重命名

编辑功能流程图

删除文件流程图 创建文件流程图

核心算法:
bool Format(void); //格式化
bool install(void); //装载虚拟硬盘的数据
void login(void); /用户登陆
void showMenu(void);//显示功能菜单
bool onAction(void);//用户选择功能并执行
void createFile(string str);//创建文件
bool read(string str);//读取文件
void editFile(string str);//编辑文件
void Delete(string str);//删除一个文件

数据结构:
/*---------常变量------*/
const unsigned int BLOCK_SIZE=512; //块长
const unsigned int DATA_BLOCK_NUM=512; //数据块数量
const unsigned int DINODE_START=4*BLOCK_SIZE; //inode起始位置
const unsigned int DINODE_SIZE=512; //inode大小
const unsigned int DINODE_NUM=32; //inode数量
const unsigned int DATASTART=(2+DINODE_NUM)*BLOCK_SIZE; //数据区的开始地址
const unsigned int ACCOUNT_NUM=10; //用户数量

/*inode结构体*/
struct inode{
unsigned short di_tag; /*inode标识*/
unsigned short di_number; /*关联文件数，当为0时表示删除文件,如一个目录至少 包含两个文件:"."和".."*/
unsigned short di_mode; /*存取模式:0为目录,1为文件*/
unsigned short di_userID; /*当前inode所属用户 0为根目录ID,一次下去是管理员目 录、用户目录*/
unsigned short di_access; /*访问权限 0为不允许普通用户访问(公共目录),1为允许 普通用户访问*/
unsigned short di_size; /*文件大小,目录没有大小,值为0*/
unsigned short di_ctime; /* 创建时间 */
unsigned short di_mtime; /* 最后一次修改时间*/
unsigned short di_block[DATA_BLOCK_NUM]; /* 数据块块地址编号 */
};

/**超级块***/
struct super_block{
unsigned short s_inodes_count; /* 文件系统中inode的总数 */
unsigned short s_blocks_count; /* 数据块总数 */
unsigned short s_r_blocks_count; /* 保留块总数 */
unsigned short s_free_blocks_count; // 空闲块总数
unsigned short s_free_inodes_count; /* 空闲的inode总数 */
unsigned short s_log_block_size; /* block 的大小 */
};
/**账户信息**/
struct user{
unsigned short user_id; //用户ID
unsigned short user_access; //权限
string username; //用户名
string password; //密码
};

/**文件/目录结构**/
struct directory{
string name; /*目录名*/
unsigned short d_ino; /*目录号*/
};

三、所用仪器、材料（设备名称、型号、规格等）。
计算机一台

四、实验方法、步骤
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<iostream.h>

struct OpenFileTable //打开文件表数据结构
{
long offset; // 当前文件读写指针
char file_name[10]; // 文件名数组
long int file_start; // 文件起始块号
long int file_length; // 文件长度（字节）
};

struct FCB_Block //FCB数据结构
{
int flag; // 标志，-1表示未用，1表示文件用
char file_name[10]; // 文件名数组
long int file_date; // 文件建立日期
long int file_time; // 文件建立时间
long int file_start; // 文件起始块号
long int file_length; // 文件长度（字节）
};

struct Super_Block // 超级块数据结构, 文件系统的分区信息，存放在0#物理块中
{
unsigned long int fs_totalsize; // 整个分区的总磁盘物理块数
unsigned long int fs_freesize; // 分区的所有空闲磁盘物理块数
unsigned int fs_blocksize; // 文件系统的物理块大小（字节）
unsigned int fs_fat_start; // FAT的起始磁盘物理块号
unsigned int fs_fat_size; // FAT占用的磁盘物理块数
unsigned int fs_dir_start; // 根目录的起始磁盘物理块号
unsigned int fs_dir_size; // 根目录占用的磁盘物理块数
unsigned int fs_data_start; // 数据区起始磁盘物理块号
unsigned long int fs_data_size; // 数据区的磁盘物理块数
};

const char DiskName[]="FileSys.dat"; //磁盘文件名
char rw_buffer[512]; // 读写使用的缓冲区
struct FCB_Block filefcb[130]; // 读写目录使用的数据结构
struct Super_Block FsSupBlk; // 读写超级块使用的数据结构
long int fat_buffer[5000]; // 读写FAT使用的缓冲区，为简化在系统启动时全部装入内存,0为空闲
struct OpenFileTable OFT[16]; // 打开文件表，当前只使用OFT[0]

unsigned int block_size; // 物理块大小（字节）
unsigned long int total_disk_size; // 磁盘总容量（物理块数）
unsigned int total_dir_size; // 目录占有的物理块数
unsigned int total_fat_size; // FAT占有的物理块数

long int find_fcb; // 记录读FCB块的次数
FILE *fsPtr; // 模拟磁盘的文件指针

/*********************** 磁盘块的申请***********************************/

unsigned long int Get_Block(unsigned long int count) //分配count个物理快,返回首块指针，其它已经连接
{
unsigned long int tmp,firstblk,tmpcount;
unsigned long int i;
int flag=1;

if (count > FsSupBlk.fs_freesize)
{ printf(" ==== 没有足够磁盘容量，不能分配！==== \n"); return 0; }

tmpcount=0;

for(i=FsSupBlk.fs_data_start;i<=FsSupBlk.fs_totalsize;i++)//建立分配链
{
if(fat_buffer[i] == 0) //文件未占有，分配
{
if (flag==1)
{ firstblk=i; flag=-1;}
else
{ fat_buffer[tmp]=i; }

tmp=i;
fat_buffer[i]=-1;
tmpcount++;
if(tmpcount==count) //分配完成
{ FsSupBlk.fs_freesize=FsSupBlk.fs_freesize-count;//减少可分配物理块
return firstblk;
}
}
}
return -1; //分配不成功
}
/*********************** 磁盘块的回收***********************************/

void Put_Block(unsigned long int addr)
{ unsigned long int i,j;
int count;

i=addr; count=0;
while(fat_buffer[i]!=-1)
{
j=fat_buffer[i]; //下一项
fat_buffer[i] = 0;
count++;
i=j;
}

fat_buffer[i] = 0;

FsSupBlk.fs_freesize=FsSupBlk.fs_freesize+count+1;//增加可分配物理块

return;
}
/*********************** 读磁盘块***********************************/

void Read_Block(unsigned long int addr,char *buf)
{
if (addr>FsSupBlk.fs_totalsize)
{ printf(" ==== 超出磁盘容量，不能读！==== \n"); return; }

fseek(fsPtr,FsSupBlk.fs_blocksize*addr,SEEK_SET);
fread(buf,512,1,fsPtr);

return;
}
/*********************** 写磁盘块***********************************/

void Write_Block(unsigned long int addr,char *buf)
{
if (addr>FsSupBlk.fs_totalsize)
{ printf(" ==== 超出磁盘容量，不能写！==== \n"); return; }

fseek(fsPtr,FsSupBlk.fs_blocksize*addr,SEEK_SET);
fwrite(buf,512,1,fsPtr);

return;
}

/*********************** 格式化磁盘***********************************/

void Real_Format()
{
unsigned long int bcount;
long int fatval,i;
char *c;

//更改系统超级块信息
FsSupBlk.fs_totalsize=total_disk_size;
FsSupBlk.fs_blocksize=block_size;

FsSupBlk.fs_dir_start=1;
FsSupBlk.fs_dir_size=total_dir_size;

FsSupBlk.fs_fat_start=total_dir_size+1;
FsSupBlk.fs_fat_size=total_fat_size;

FsSupBlk.fs_data_start=FsSupBlk.fs_fat_start+FsSupBlk.fs_fat_size;
FsSupBlk.fs_data_size = FsSupBlk.fs_totalsize - FsSupBlk.fs_dir_size - FsSupBlk.fs_fat_size-1;

FsSupBlk.fs_freesize= FsSupBlk.fs_data_size;

//初始化目录
for(i=0;i<128;i++) filefcb[i].flag=-1; //为-1表示FCB未使用
fseek(fsPtr,512L,SEEK_SET);
fwrite(&filefcb[0],sizeof(struct FCB_Block),128,fsPtr);

//初始化FAT
fatval=FsSupBlk.fs_fat_start*512;
fseek(fsPtr,fatval,SEEK_SET); //定位文件指针

bcount=FsSupBlk.fs_fat_size+FsSupBlk.fs_dir_size+1;
for(i=0;i<bcount;i++) fat_buffer[i]=-1; //标记已经使用的磁盘数据块，即FAT区、目录区和启动区
for(;i<FsSupBlk.fs_totalsize;i++) fat_buffer[i]=0; //为0表示为空的物理快

fwrite(&fat_buffer[0],sizeof(long int),FsSupBlk.fs_totalsize,fsPtr);

//初始化数据区
for(i=0;i<512;i++) rw_buffer[i]=' ';//缓冲区清空
for(i=FsSupBlk.fs_data_start;i<FsSupBlk.fs_totalsize;i++)
Write_Block(i,rw_buffer); //缓冲区写入第i块

}
/***********************新建系统磁盘文件 ***********************************/
void Create_Disk()
{
long int i;
unsigned long int total;

fsPtr=fopen(DiskName,"wb+");
if(fsPtr==NULL)
{
printf(" 不能建立磁盘所需的文件 !\n");
exit(0);
}

// 建立磁盘文件

total=total_disk_size;

for(i=0;i<total;i++) //建立大小为total的磁盘文件
fwrite(rw_buffer,512,1,fsPtr);
fclose(fsPtr);

fsPtr=fopen(DiskName,"rb+");

Real_Format();

return;
}

/***********************读写系统超级块信息***********************************/

void Read_Boot() //读取磁盘超级块数据信息
{
rewind(fsPtr);
fread(&FsSupBlk,sizeof(struct Super_Block),1,fsPtr);

return;
}

void FileBoot() //超级块数据信息存盘
{
rewind(fsPtr);
fwrite(&FsSupBlk,sizeof(struct Super_Block),1,fsPtr);

return;
}

/***********************FAT操作***********************************/

void LoadFat() //装载全部FAT到内存
{
fseek(fsPtr,FsSupBlk.fs_fat_start*512,SEEK_SET);

fread(fat_buffer,sizeof(long int),FsSupBlk.fs_totalsize ,fsPtr);
return;
}

void SaveFat() //FAT到文件FAT区
{

fseek(fsPtr,FsSupBlk.fs_fat_start*512,SEEK_SET);

fwrite(fat_buffer,sizeof(long int),FsSupBlk.fs_totalsize,fsPtr);
return;
}

/***********************显示超级块信息***********************************/
void boot_dis()
{
printf("FsSupBlk.fs_totalsize=%ld\n",FsSupBlk.fs_totalsize);
printf("FsSupBlk.fs_blocksize=%d\n",FsSupBlk.fs_blocksize);
printf("FsSupBlk.fs_dir_start=%d\n",FsSupBlk.fs_dir_start);
printf("FsSupBlk.fs_dir_size=%d\n",FsSupBlk.fs_dir_size);
printf("FsSupBlk.fs_fat_start=%d\n",FsSupBlk.fs_fat_start);
printf("FsSupBlk.fs_fat_size=%d\n",FsSupBlk.fs_fat_size);
printf("FsSupBlk.fs_data_start=%d\n",FsSupBlk.fs_data_start);
printf("FsSupBlk.fs_data_size=%ld\n",FsSupBlk.fs_data_size);
printf("FsSupBlk.fs_freesize=%ld\n",FsSupBlk.fs_freesize);

}

/***********************系统初始化***********************************/

void Sys_Init() //初始化
{
fsPtr=fopen(DiskName,"rb+");
if(fsPtr == NULL) Create_Disk();

Read_Boot();
//boot_dis();
LoadFat();
return;
}
/***********************显示操作***********************************/

void dir() //显示目录下的文件
{
int i,countFile=0;
char str[16];
long int n,pos_dir,pos_fat;

cout<<endl;

pos_dir=FsSupBlk.fs_dir_start*512;
pos_fat=FsSupBlk.fs_fat_start*512;

fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET);
while(ftell(fsPtr)<pos_fat)
{
fread(&filefcb[0],sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr);
for(i=0;i<16;i++)
if(filefcb[i].flag == 1) //文件占有
{
countFile++;
n = filefcb[i].file_length;
printf(" %-15s<%s>%15d bytes\n", filefcb[i].file_name,"file",n);
}
}
cout<<endl;

printf(" 总共有 %d 个文件\n",countFile);
printf(" 系统总共有 %ld 个物理块可用\n\n",FsSupBlk.fs_freesize);

}
/*************************查找文件*******************************/

//查找文件,文件存在返回当前FCB数组下标，否则返回-1

int Find_File(char *filename)
{
int i;
long int pos_dir,pos_fat;

pos_dir=FsSupBlk.fs_dir_start*512;
pos_fat=FsSupBlk.fs_fat_start*512;
find_fcb=0;
fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET);
while(ftell(fsPtr)<pos_fat)
{ find_fcb++;
fread(&filefcb[0],sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr);
for(i=0;i<16;i++)
if(filefcb[i].flag!=-1)
{ if(strcmp(filename,filefcb[i].file_name) == 0) return i;} //文件存在

}

return -1;
}

/*************************创建文件*******************************/

void create(char *fname,long int num) //在当前目录下创建一个名字为str的文件，长度为num
{
int i,j; //true表示没有与该名字重名的文件
int tempnode;
long int pos_dir,getnum=0;
unsigned long int blkcount;

blkcount= num/512+1; //计算需要的物理块

if(FsSupBlk.fs_freesize < blkcount) //磁盘没有足够空间
{
printf("\n 磁盘没有足够空间，不能建立 ！\n\n");
return;
}

tempnode=Find_File(fname);

if (tempnode!=-1) //表示文件存在
{ printf("\n 文件已经存在，不需要建立 ！\n\n"); return;}

// 建立文件的处理

pos_dir=FsSupBlk.fs_dir_start*FsSupBlk.fs_blocksize;
fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET); //定位到目录区

for(i=0; i<FsSupBlk.fs_dir_size; i++)
{
//Read_Block(i+FsSupBlk.fs_dir_start,(char *)filefcb);

fread(&filefcb[0],sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr);
for(j=0;j<16;j++)
if(filefcb[j].flag == -1) //找到空目录项
{
// 分配空间, 标记FCB数据项，并将FCB写磁盘

getnum=Get_Block(blkcount);
if(getnum==-1){ printf("不能分配存储空间 \n");return;}

filefcb[j].file_start=getnum;
filefcb[j].flag = 1;
filefcb[j].file_length=num;
strcpy(filefcb[j].file_name,fname);

//filefcb[].file_time=
//filefcb[].file_date=

// 改变磁盘FCB值
pos_dir=pos_dir+sizeof(struct FCB_Block)*(i*16+j);
fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET); //定位到目录区的FCB项
fwrite(&filefcb[j],sizeof(struct FCB_Block),1 ,fsPtr);

//Write_Block(i+FsSupBlk.fs_dir_start,(char *)filefcb);

printf(" 文件占用了 %d 个物理块\n",blkcount);
printf(" 系统还有 %ld 个物理块可用\n\n",FsSupBlk.fs_freesize);
return;
}
}
//没有FCB项，不能建立文件
cout<<"当前没有足够的目录区，不能建立文件 ! "<<endl;
return;

}

/*************************格式化*******************************/

void format()
{
char ch;
cout<<"\n 真希望格式化磁盘吗?(y/n) ";
cin>>ch;
if(ch=='y'||ch=='Y')
{
Real_Format();
printf("\n Format Successful!\n\n");
}
}

/****************************删除文件操作**************************************/
void del(char *fname)
{
long int tempnode;
long int pos_dir;

tempnode=Find_File(fname);
if (tempnode==-1) //表示文件不存在
{ printf("\n 文件不存在，不能删除 ！\n\n"); return;}

// 删除文件的处理

Put_Block(filefcb[tempnode].file_start); // 释放文件存储空间
filefcb[tempnode].flag =-1; // 标记FCB项可用

// 修改的FCB项写回磁盘
pos_dir=FsSupBlk.fs_dir_start*FsSupBlk.fs_blocksize+((find_fcb-1)*16+tempnode)*sizeof(struct FCB_Block);
fseek(fsPtr,pos_dir,SEEK_SET); //定位到目录区
fwrite(&filefcb[tempnode],sizeof(struct FCB_Block),1 ,fsPtr);

return;
}

/*************************写文件*******************************/

void write(char *fname ,int num)//写文件,仅实现在文件尾部填加内容，并限制在512个字节内
{
int tempnode;
int i,j,x;
int