操作系统原理课程设计-Linux文件系统仿真实现

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1、 操作系统原理课程设计实践报告全套设计加扣 3012250582题 目: Linux文件系统仿真实现 姓 名: 学 院: 信息科技学院 专 业: 计算机科学技术系 班 级: 计科121 学 号: 指导教师: 职称: 教授 2015年3月 25日一、摘要： 在计算机操作系统的功能中，对文件存储设备的管理是一项非常重要的任务，文件在存储器上按一定的顺序有组织地存放，使得用户访问高效，操作方便。 文件系统是指操作系统中用于管理文件信息的机构。文件系统既要建立在一定的物理存储设备上，但却是一个逻辑上的概念。对用户来说，关于文件的各种操作及访问都需要通过文件系统进行，文件系统成为用户和存储设备之间的一个

2、重要界面。本实验主要讨论在Linux系统中文件以及文件系统管理的各种操作。理解Linux文件系统的另一个重要概念是inode。文件系统需要利用一个数据结构来记录文件以及目录的基本信息，这个数据结构在linux系统中称为inode。通过inode节点，文件系统可以对某个文件进行寻址，找到它在存储设备上的具体位置，因此inode即为文件的索引。作为系统管理者要知道inode是用户使用文件系统的重要软件资源。每个文件需要有inode记录其基本信息。linux系统中inode在建立文件系统时已经初始化且数量是固定的，换言之管理员要对inode的使用作出合理的管理。二、关键词：文件系统、物理位置、逻辑位

3、置、inode、索引三、实践目的及意义： 在对linux文件系统的仿真实现，不但能对操作系统的文件系统管理有着更加深刻的理解，而且对linux的环境也有了一定的了解。此外，仿真文件系统的设计过程中，也加深理解了文件系统的内部功能及内部实现。四、总体思路1、整体流程图：2、重要函数流程图int ParseCommand(); 分解命令函数五、具体解决方案1. 模拟磁盘系统文件A的组织方式： 将文件A分为101块，每块大小为512字节。其中，第0块存储一个大小为101的int行数组，用来表示A中每块的占用情况。这里注意，一个int行变量占用4个字节，101个占用404个字节，小于512。剩余的10

4、0块中，每块可以存储一个目录或文件，也可用用来存储文件的内容。块和块之间没有真正的界线。所谓界线，是通过文件读写时的定位来实现。2、 公共数据结构体：typedef struct FileNode int isdir;/目录文件识别标志char filenameFILENAME_LEN;/文件/目录名short ChildLocationCHILDNUMBER;/文件内容的磁盘地址 如果是文件 则表示文件内容所在的块short adr;/文件的地址short parent;/父目录的位置*PFileNode;3、 初始化： 文件初始时生成一个文件A，初始化根目录，并将其存放于第一块中。4、 主

5、要功能的实现方法：沈伦超： void Init();/初始化文件树 int ParseCommand();/接受输入的命令并把其分解成操作名和路径文件名 void ExecuteCommand();/执行命令 void ExecuteCommand( )；/执行命令子函数，根据参数Para1调用相应的功能处理模块 FileNode* CreateFileNode(char filename,int isdir)；/创建结点 Int ParseCommand()；/分解命令子函数int FindPath(char *ph); 根据ph寻找路径，将“当前结点”指向该路径算法思想：1. 保存当前结点

6、currentFile和当前路径path，i初始化为零。2. 判断ph是否等于/，如果是，说明是根目录，将根目录读入currentFile，将path赋值为/，程序结束。3. 如果ph不等于/，判断ph第一个字符是不是/，如果是，则说明路径是从根目录开始的决定路径，于是将将根目录读入currentFile，i加1。4. 执行以下循环：（1） 判断phi是否为结束符，如果是，则程序结束。（2） 将ph中下一个目录名存入curpath中。通过目录名，在当前结点中需找对应目录名curpath的结点，如果有，则进入下一个节点。如果没有，或者curpath对应的不是目录而是文件，则回复当前结点和当前路径

7、并结束程序。 void defragComd()； int filedefragComd()；/磁盘文件整理子程序 算法思想：（1） 整理文件和目录对应的块。定义整形变量i和j，i用来寻找空闲块，j用来寻找需要移位的块。从第二块开始，执行以下循环：1） 如果i和j二者有一个大于总块数，程序终止。2） 需找下一个空闲块（i为该块的位置），将j赋值为i+13） 如果j所对应的块为存储结点的块，则将该结点移动到i块中，更改结点自身的信息和其父结点的信息。（2） 整理文件内容所对应的块。定义整形变量i和j，i用来寻找空闲块，j用来寻找存储文件的块。从第二块开始，执行以下循环：1） 如果i和j二者有一个

8、大于总块数，程序终止。2） 寻找下一个空闲块（i为该块的位置），寻找下一个存储文件的块（j为该块的位置），读取j所对应的文件，查看文件内容所在的块数，如果块数大于i则将该快移动到i块中，并更改文件信息。3） 当检查完该文件后，j加1，以备寻找下一个文件。闫少博：1、 课程设计内容： 1、创建目录 2、显示目录下的内容包括文件及子目录的路径 3、当前目录名称的显示及修改 4、目录的返回与跳转 5、目录名称的重命名 6、删除目录二、操作函数的设计与实现：int cdComd();/处理cd命令 目录的跳转以及目录的返回int rdComd();/处理rd命令 删除目录int dirComd();/

9、处理dir命令 显示当前目录下文件信息int mdComd();/处理md命令 创建一个目录int helpComd();/处理help命令 命令选项的显示int renComd();/处理ren命令 文件或目录重命名int FindPath(char *ph);/寻找参数ph所指向的路径int FindFilename(char Para2);/从参数Para2中找到要建立或删除的文件、目录名，并把指针指向其父亲结点功能函数的思想：cdCond命令：cd是常用命令之一,他的主要作用是用来切换路径或者叫目录,这个命令经常结合dir命令来使用.两个常用的cd命令格式:CD+空格+一个点(cd.)

10、,这个命令是切换到当前目录,在网页设计中常用来表示相对路径,还有常见的压缩软件会经常看见一个点,两个点,第二个:cd+空格+二个点(cd.),这个命令是切换到上层目录。mdCond命令：是创建一个目录的命令，如果不待绝对路径的话，是在当前目录下创建。md kkk 就是在当前目录下创建kkk目录，md /user/kkk就是在user文件夹下创建文件夹kkk。 dirComd命令：dir 是查看目录的功能。并不能进入文件夹。只能是显示当前目录下的各种文件以及子目录的信息。如果想显示当前父目录下其他子目录的信息，就直接dir加上目录名称就可以了。rdComd命令：就是将当前目录下的子目录进行删除操

11、作，如果想要删除的目录是当前所处目录位置，则需要返回上一级目录进行删除，否则删除无效。renComd命令：首先返回或者进入到要操作的目录，更改其目录名称，然后重新写入父目录。李鹭：2、 课程设计内容： 1、从实际物理磁盘拷贝文件 2、创建文件 3、删除文件 4、显示文件内容 5、移动文件 6、重命名文件 7、复制文件3、 操作函数的设计与实现：int editComd();/处理edit命令int delComd();/处理del命令int renComd();/处理ren命令 文件或目录重命名int xcopyComd(); /复制文件int moveComd(); /移动文件int mor

12、eComd(); /显示文件int copyComd();/从外界拷贝txt文件到模拟系统中int FindPath(char *ph);/寻找参数ph所指向的路径int FindFilename(char Para2);/从参数Para2中找到要建立或删除的文件、目录名，并把指针指向其父亲结点FileNode* CreateFileNode(char filename,int isdir);/创建结点FileNode* GetFileNode(int pos);/从A中获取结点FileNode* GetNextFileNode(PFileNode cp);/根据路径获取下一个节点void c

13、lone(FileNode FN);int GetInput(char* buffer,unsigned int buffer_len);/获取输入int CheckCommand();/命令检查int GetDir(int begin,char* path,char* curDir);/获取路径功能函数的思想：copyCond命令：思想是，将真实磁盘上的文件，分块的读入一个临时数组中，然后再虚拟磁盘上寻找空闲块，一次放入。这里首先计算该文件的大小，确定读写次数，和剩余读写长度。通过循环，每次读取文件的一个块的长度，然后再虚拟磁盘上寻找空闲块，将其存入，随之更新虚拟文件中的信息，即让其和内容所

14、在块相关联。delCond命令：删除文件，无需操作文件所在的块，只需要更改其父结点的信息就可以，也就是说，实际上该块还存在原本的信息，但是系统会将和该块相关联的父目录的信息更改，从而无法找到该块，同时，该块被记录为空。这就是为什么有时候不小心删除东西后，还可以通过软件恢复。除非该部分磁盘被新的内容占用。editComd命令：创建一个文件。用int FindFilename(char Para2)函数，将Para2分开成路径和文件名，要创建的文件的文件名存入filename中，通过刚刚得到的路径定位到父目录，然后寻找空闲块，写入文件，同时更新父目录中的信息。moreComd命令：显示文件的内容。

15、通过FindFilename(Para2)来定位，如果找到文件，则检查其内容所在块数，然后依次读取每块，显示出来。moveComd命令：移动文件，实际效果就是复制文件+删除文件xcopyComd命令：首先通过FindFilename(Para2)定位到要操作的文件，用clone()函数克隆该结点，寻找空闲的块，将其写入，在通过FindFilename(Para3)定位到要复制到的父目录，更改其信息。renComd命令：首先通过FindFilename(Para2)定位到要操作的目录或文件，更改其文件名，然后重新写入目录。六、运行结果及分析1、 创建一个目录a。可见在根目录下存在一个新创建的名为

16、a的子目录。2、 进入目录a并在目录a下创建一个子目录b。可见在目录a下存在一个我们新创建的a的子目录b。3、 进入目录b创建两个子目录c和d。可见我们的仿真是可以进行多级多个目录操作的。4、 在目录b下删除目录d。可见在当前父目录下可以对子目录进行删除，如果想在父目录下直接对父目录进行删除则会出现错误。5、 返回目录a并在目录a下直接删除目录b。找b中的子目录也没有进入目录项，则b一下所有的目录被连带删除。6、 对于目录a重新命名为目录f。7、创建文件b edit b8、将文件a中的内容复制到b copy a.txt b9、显示文件b中的内容 more b 文件a中的内容如图所示显示b中的内

17、容10、删除文件删除文件b，显示b时显示文件不存在11、重命名文件将文件b重命名为c12、复制文件要调用目录函数y文件复制成x13、移动文件要调用用目录函数将x移动到b下并重新命名为y6、 存在问题： 此次课程设计中没有实现用户登录功能。文件权限的设置没有实现。程序的结构体设计也有待进一步优化。七、实践体会及心得：沈伦超：操作系统课程设计是本课程重要的实践教学环节。课程设计的目的，一方面使学生更透彻地理解操作系统的基本概念和原理，使之由抽象到具体；另一方面，通过课程设计加强学生的实验手段与实践技能，培养学生独立分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神。与本课程的实验教学相比，课程设计独立设

18、课，具有更多的学时，给学生更多自行设计、自主实验的机会，充分放手让学生真正培养学生的实践动手能力，全面提高学生的综合素质。 在课程设计过程中，我学到了很多人生的哲理，懂得怎么样去制定计划，怎么样去实现这个计划，并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪，黑夜过去了，我们收获的是黎明。 在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，加上自己本来基础就差，只能通过借鉴别人的程序来完成设计。通过一步一步的读懂慢慢转化成自己的东西。在设计中同样遇到了很多编程问题，最后在向同学的请教

19、下，问题得以解决。同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，在这向给过我们小组帮助的所有同学和老师表示感谢。闫少博： 这次操作系统课程设计是仿照Linux文件系统进行仿真实现。经过大家的共同努力，我们将程序按要求进行了设计并修改完善，基本实现了课程设计要求的功能。 通过课程设计，我们进一步了理解教材内容，掌握了各功能模块的工作原理，相互之间的联系，完整地建立系统的概念，激发我们的学习热情和主动性，培养我们的合作能力。在实践活动中，将所学知识运 用到实际，对于操作系统有了更深刻的理解。通过这次实验，我们对编程语言+有了更深一层次的认识，但还是很多的不足有待改进，对于编程来说还需要大量的实践，才能

20、不断前进与提高。李鹭：为了完成这一次课程设计，假期当中复习了C语言和C+的知识，同时也在网上参考了一部分关于模拟实现Linux文件系统的相关资料资料，对Linux文件系统有了初步的了解。在这次课程设计当中，我主要负责文件部分，例如文件的创建、删除、显示等功能。这里有一部分是从网上借鉴而来，比如说创建文件等，也有一部分是根据网上写的自己进行了部分修改，有小部分是自己独立写出来，开学后通过老师的讲解和书上的学习对Linux文件系统有了更深一层的了解。了解的文件系统的组织方式，通过数据结构的知识，组织相关数据，实现相关算法，对c+语言更加熟悉。文件系统的组织方式和相关的数据结构很重要，直接关系到相关

21、功能和其算法的实现。不足之处就是在创建文件的时候，不可以直接对文件进行写入，只可以通过copy函数将物理磁盘当中的内容复制到Linux文件当中去。总之通过这次课程设计，对自己的编程能力有了一定的提高，锻炼了自己的思考能力，对文件系统的管理有了更多的理解。 八、参考文献：1. 徐虹等编著.操作系统实验指导基于Linux内核.北京: 清华大学出版社.2004.2. 陈向群等编著. Windows内核实验教程. 北京: 机械工业出版社.2002.3. 周苏等编著. 操作系统原理实验. 北京: 科学出版社.2003.4. 张尧学编著. 计算机操作系统教程习题解答与实验指导. 北京: 清华大学出版社.2

22、000.5.操作系统课本九、核心部分源码：/创建结点FileNode* CreateFileNode(char filename,int isdir)strcpy(newFile.filename,filename);newFile.isdir = isdir;if(currentFile.adr!=0)newFile.parent = currentFile.adr;newFile.adr = EmptyPiece();elsenewFile.parent = 0;newFile.adr = 1;for(int i=0;iCHILDNUMBER;i+)newFile.ChildLocatio

23、ni=0;return &newFile;FileNode* GetFileNode(int pos)Read.seekg(pos)*ONE_PIECE_SIZE);Read.read(char*)&nextFile,sizeof(FileNode);return &nextFile;bool GetNextFileNode(FileNode cp,char* filename)for(int i = 0;i1)Read.seekg(cp.ChildLocationi*ONE_PIECE_SIZE);Read.read(char*)&nextFile,sizeof(FileNode);if(s

24、trcmp(nextFile.filename,filename)=0)delNumber = i;return true;return false;void clone(FileNode &FN,FileNode TFN)FN.adr = TFN.adr;for(int i = 0;iCHILDNUMBER;i+)FN.ChildLocationi = TFN.ChildLocationi;strcpy(FN.filename,TFN.filename);FN.isdir = TFN.isdir;FN.parent = TFN.parent;/初始化文件树void Init()Disc.op

25、en(A,ios:trunc);Write.open(A,ios:out);Read.open(A,ios:in);Write.seekg(101*ONE_PIECE_SIZE);Write.write(0,1);currentFile.adr=0;CreateFileNode(A,1);Write.seekg(1*ONE_PIECE_SIZE);Write.write(char*)&newFile,sizeof(FileNode);Write.flush();for(int i=0;i101;i+)ifEmptyi=0;ifEmpty1 = 1;ifEmpty0 = 3;/不属于任何一种情况

26、Write.seekg(0);Write.write(char*)ifEmpty,SIZE);Write.flush();clone(currentFile,newFile);int EmptyPiece()int i;for(i=1;i,path); /获取输入if(GetInput(Inputs,INPUT_LEN)=-1)printf(输入行太长。n);return 0;Para10=Para20=Para30=0; /获取参数Para1，即操作名while(Inputsi!= &Inputsi!=0 & iCOMMAND_LEN-1) Para1i=Inputsi;i+;/whileP

27、ara1i=0;/输入命令太长if(i=(COMMAND_LEN-1)return 1;/获取参数2，即路径文件名if(Inputsi!=0) while(Inputsi= & iINPUT_LEN-1) i+;j=0;while(Inputsi!= & Inputsi!=0 & iINPUT_LEN-1) Para2j=Inputsi;i+; j+;Para2j=0;/获取参数3，即文件名（重命名）if(Inputsi!=0)while(Inputsi= & iINPUT_LEN-1) i+;j=0;while(Inputsi!=0 & iINPUT_LEN-1) Para3j=Inputs

28、i;i+; j+;Para3j=0;Trim(Para1);Trim(Para2);Trim(Para3);/将操作名全部转换成小写字母for(k=0;k=0)filenamej=Para2i;i-; j+;filenamej=0;/获得逆序的文件或目录名，存入filename中if(i0) Para2i+1=0;else Para2i=0;j-; /filename逆转，获得正确的文件或目录名for(i=0;i0)int sign=FindPath(Para2);if(sign=0) return 0;return 1;/缓冲区安全输入子函数/如果输入超过buffer_len，则截取前buf

29、fer_len-1长度的输入，/buffer_len处字符用/0代替int GetInput(char* buffer,unsigned int buffer_len)int count=0;while(count,path); /获取输入if(GetInput(Inputs,INPUT_LEN)=-1)printf(输入行太长。n);return 0;Para10=Para20=Para30=0; /获取参数Para1，即操作名while(Inputsi!= &Inputsi!=0 & iCOMMAND_LEN-1) Para1i=Inputsi;i+;/whilePara1i=0;/输入命

30、令太长if(i=(COMMAND_LEN-1)return 1;/获取参数2，即路径文件名if(Inputsi!=0) while(Inputsi= & iINPUT_LEN-1) i+;j=0;while(Inputsi!= & Inputsi!=0 & iINPUT_LEN-1) Para2j=Inputsi;i+; j+;Para2j=0;/获取参数3，即文件名（重命名）if(Inputsi!=0)while(Inputsi= & iINPUT_LEN-1) i+;j=0;while(Inputsi!=0 & iINPUT_LEN-1) Para3j=Inputsi;i+; j+;Para3j=0;Trim(Para1);Trim(Para2);Trim(Para3);/将操作名全部转换成小写字母for(k=0;kstrlen(Para1);k+)ch=tolower(int)Para1k);Para1k=ch;return 1;