第3章 操作系统及相关程序设计3_设备文件接口

1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材赵英良等.软件开发技术基础(第2版). 机械工业出版社第3章 操作系统及程序设计 设备管理文件管理用户接口软件开发技术基础西安交通大学计算机教学实验中心2 2本节内容l设备管理程序设计设备管理程序设计l文件管理程序设计文件管理程序设计l人机接口管理程序设计人机接口管理程序设计 西安交通大学计算机教学实验中心3 3什么是外部设备什么是外部设备l作为计算机系统与外界交互的工作为计算机系统与外界交互的工具，负责计算机与外部的输入输具，负责计算机与外部的输入输出工作，称这类设备为外部设备出工作，称这类设备为外部设备简称为外设简

2、称为外设西安交通大学计算机教学实验中心3.4 设备管理设备管理l设备管理的功能是设备管理的功能是l根据设备分配原则对设备进行分配根据设备分配原则对设备进行分配l控制输入输出设备和控制输入输出设备和CPU之间进行数据交换之间进行数据交换使设备与主机能够并行工作使设备与主机能够并行工作l为用户提供良好的设备使用界面为用户提供良好的设备使用界面l提高设备之间、设备与提高设备之间、设备与CPU之间、进程之间之间、进程之间的并行性，从而提高整个操作系统的效率的并行性，从而提高整个操作系统的效率l缓冲区管理、释放设备缓冲区管理、释放设备 4 4西安交通大学计算机教学实验中心3.4.1 设备管理设备管理l1

3、. 设备的分类设备的分类l按使用方式可分为独占设备和共享设备；按使用方式可分为独占设备和共享设备；l按处理速度可分为慢速设备和快速设备；按处理速度可分为慢速设备和快速设备；l按数据组织和存取方式可分为字符设备和块按数据组织和存取方式可分为字符设备和块设备；设备；l按通信方式可分为串行设备和并行设备；按通信方式可分为串行设备和并行设备；l按应用范围可分为通用设备和专用设备；按应用范围可分为通用设备和专用设备；l按隶属关系可分为系统设备和用户设备；按隶属关系可分为系统设备和用户设备；l按实体程序可分为真实设备和虚拟设备等等按实体程序可分为真实设备和虚拟设备等等5 5西安交通大学计算机教学实验中心6

4、 62.设备的设备的I/O控制方式控制方式l(1)程序直接控制方式程序直接控制方式l(2)中断控制方式中断控制方式l(3)DMA方式方式l(4)通道方式通道方式西安交通大学计算机教学实验中心7 7缓冲技术缓冲技术l缓冲区是一种交换数据的区域。缓冲区是一种交换数据的区域。 l缓冲技术的分类缓冲技术的分类l单缓冲技术单缓冲技术l双缓冲双缓冲l多缓冲多缓冲l缓冲池缓冲池西安交通大学计算机教学实验中心3. 设备管理的方式设备管理的方式l进程首先要向设备管理程序提出进程首先要向设备管理程序提出申请，然后由设备管理程序按照申请，然后由设备管理程序按照一定的分配算法给进程分配必要一定的分配算法给进程分配必要

5、的资源。如果进程的申请没有成的资源。如果进程的申请没有成功，就要在资源的等待队列中排功，就要在资源的等待队列中排队等待，直到获得所需的资源。队等待，直到获得所需的资源。8 8西安交通大学计算机教学实验中心9 9设备分配的原则设备分配的原则l设备的固有属性设备的固有属性l设备分配算法设备分配算法l设备分配中的安全性设备分配中的安全性l与设备无关性：与设备无关性：西安交通大学计算机教学实验中心1010lWindowsWindows操作系统操作系统通过设备驱动通过设备驱动程序来完成设备的启动、操作、程序来完成设备的启动、操作、数据流向控制和设备的关闭工作数据流向控制和设备的关闭工作的的西安交通大学计

6、算机教学实验中心4. 设备分配的步骤设备分配的步骤l分配设备分配设备l分配控制器分配控制器l分配通道分配通道1111西安交通大学计算机教学实验中心5.设备驱动程序设备驱动程序l设备驱动程序的作用下实现真正设备驱动程序的作用下实现真正的的I/O操作操作1212西安交通大学计算机教学实验中心6. DOS的设备管理的设备管理lMS-DOS中的设备分为块设备和中的设备分为块设备和字符块设备。其中，块设备是以字符块设备。其中，块设备是以“块块”为单位进行数据传输，磁为单位进行数据传输，磁盘是典型的块设备；字符设备是盘是典型的块设备；字符设备是以以“字符字符”为单位进行数据传输，为单位进行数据传输，典型的

7、字符设备有键盘、针式打典型的字符设备有键盘、针式打印机和显示器等印机和显示器等1313西安交通大学计算机教学实验中心7. Windows的设备管理的设备管理lWindows操作系统是通过设备驱操作系统是通过设备驱动程序来完成设备的启动、操作、动程序来完成设备的启动、操作、数据流向控制和设备的关闭工作。数据流向控制和设备的关闭工作。Windows设备驱动程序由一组处设备驱动程序由一组处理理I/O请求的不同阶段的例程组成，请求的不同阶段的例程组成，包括：初始化例程、调度例程集、包括：初始化例程、调度例程集、启动启动I/O例程、中断服务例程和中例程、中断服务例程和中断服务延迟过程调用例程等。断服务延

8、迟过程调用例程等。1414西安交通大学计算机教学实验中心3.4.2 设备管理程序设计设备管理程序设计lWindows MCIlMCI(Media Control Interface，媒体控制接口，媒体控制接口)向向Windows程序提供了在高层次上控制媒体设备接口程序提供了在高层次上控制媒体设备接口的能力。的能力。l程序员不必关心具体设备，就可以对激光唱机程序员不必关心具体设备，就可以对激光唱机（CD）、视盘机、波形音频设备、视频播放设备和）、视盘机、波形音频设备、视频播放设备和MIDI设备等媒体设备进行控制。设备等媒体设备进行控制。lMCI提供两种编程接口：提供两种编程接口：l命令字符串命令

9、字符串l命令消息命令消息1515西安交通大学计算机教学实验中心1616命令字符串命令字符串l命令字符串接口命令字符串接口MCI可以通过可以通过mciSendString函数向设备发送函数向设备发送lMCIERROR mciSendString(LPCTSTR lpszCommand, / 命令字符串指针命令字符串指针LPTSTR lpszReturnString, / 返回值指针返回值指针UINT cchReturn, /返回值所占字节数返回值所占字节数HANDLE hWndCallback /回调窗口句柄，回调窗口句柄，一般为一般为NULL) /若成功则返回若成功则返回0西安交通大学计算机教

10、学实验中心1717使用使用MCIl头文件头文件lwindows.hlmmsystem.hl在连接程序时要用到在连接程序时要用到winmm.lib引入库引入库l或者在源程序中加入下面一行：或者在源程序中加入下面一行： #pragma comment(lib, winmm.lib)西安交通大学计算机教学实验中心1818mciSendString使用使用#include#include#include#pragma comment(lib, winmm.lib)/主程序主程序void main(void) int a; DWORD dwErrorCode; char buf100; dwErrorC

11、ode=mciSendString(open d:rose2.wav type waveaudio alias dillo, buf, strlen(buf), NULL);dwErrorCode=mciSendString(play dillo wait ,NULL,0,0); /from 0 to 100毫秒毫秒cina;西安交通大学计算机教学实验中心1919mciSendString使用使用2#include#include#include#pragma comment(lib, winmm.lib)/主程序主程序void main(void) int a; DWORD dwErrorC

12、ode; char buf50;mciSendString(open d:dillo.avi type avivideo alias dillo, buf, strlen(buf), NULL);mciSendString(play dillo repeat, buf, strlen(buf), NULL); /重复重复播放播放cina;西安交通大学计算机教学实验中心2020Open命令的格式命令的格式lopen device_name type device_type alias device_alias ldevice_name 要使用的设备名，通要使用的设备名，通常是文件名。常是文件名。

13、 ltype device_type设备类型，例如设备类型，例如waveaudio或或sequencer，可省略。，可省略。 lalias device_alias设备别名，指定后可在设备别名，指定后可在其他命令中代替设备名。其他命令中代替设备名。西安交通大学计算机教学实验中心2121Play命令的格式命令的格式lplay device_alias from pos1 to pos2 wait repeat l若省略若省略from则从当前磁道开始播放，若省略则从当前磁道开始播放，若省略to则播放到结束。则播放到结束。 l若指明若指明wait则等到播放完毕命令才返回。则等到播放完毕命令才返回。

14、l若指明若指明repeat则会不停的重复播放。则会不停的重复播放。 l若同时指明若同时指明wait和和repeat则命令不会返回，则命令不会返回，本线程产生堵塞，通常会引起程序失去响应。本线程产生堵塞，通常会引起程序失去响应。西安交通大学计算机教学实验中心2222Open设备类型设备类型lopen是是MCI打开设备的命令，打开设备的命令，MCI的设备类型如下：的设备类型如下： lanimation动画设备动画设备 lcdaudioCD播放器播放器 ldat数字音频磁带机数字音频磁带机 ldigitalvideo 某一窗口中的数字视频（不基于某一窗口中的数字视频（不基于GDI） lother未定

15、义的未定义的MCI设备设备 loverlay重叠设备（窗口中的模拟视频）重叠设备（窗口中的模拟视频） lscanner图象扫描仪图象扫描仪 lsequencerMIDI序列器序列器 lvideodisc视盘机视盘机 lwaveaudio播放数字波形文件的音频设备播放数字波形文件的音频设备西安交通大学计算机教学实验中心2323命令消息接口命令消息接口l命令消息接口应用消息传递方式命令消息接口应用消息传递方式与与MCI设备通信。设备通信。l使用的函数为使用的函数为lmciSendCommand西安交通大学计算机教学实验中心2424mciSendCommand/在打开设备时不用该参数在打开设备时不用

16、该参数西安交通大学计算机教学实验中心2525MCI_PLAY_PARMS参数结构参数结构西安交通大学计算机教学实验中心2626CI消息一般包括四部分消息一般包括四部分l设备标示符，打开设备时不用设备标示符，打开设备时不用l消息值消息值l标明命令选择项的一组标志标明命令选择项的一组标志l命令附加参数的结构体命令附加参数的结构体西安交通大学计算机教学实验中心2727MCI的命令消息的命令消息1西安交通大学计算机教学实验中心2828MCI的命令消息的命令消息2西安交通大学计算机教学实验中心2929【例例3-8】光驱管理程序。光驱管理程序。 l使用使用“mmsystem.hmmsystem.h”文件中

17、描述的媒文件中描述的媒体控制接口体控制接口(MCI) API(MCI) API函数函数mciSendCommandmciSendCommand，lMCI_OPEN_PARMS MCI_OPEN_PARMS 为光驱打开参数结构体，为光驱打开参数结构体，lMCI_STATUS_PARMSMCI_STATUS_PARMS为光驱状态参数结构体，为光驱状态参数结构体，lZeroMemoryZeroMemory函数给光驱打开参数变量函数给光驱打开参数变量opop赋零值赋零值l光驱类型参数设为光驱类型参数设为CD_AUDIOCD_AUDIO，l使用使用mciSendCommandmciSendCommand

18、函数首先发送设备打开命令，函数首先发送设备打开命令，l根据用户选择分别打开光驱和关闭光驱，根据用户选择分别打开光驱和关闭光驱，l最后释放设备存取最后释放设备存取 USE MFC西安交通大学计算机教学实验中心3030#include #include #include /MCI API函数头文件函数头文件#pragma comment(lib,winmm)西安交通大学计算机教学实验中心3131int main()MCI_OPEN_PARMS op;/光驱打开参数结构光驱打开参数结构DWORD flags;ZeroMemory(&op, sizeof(MCI_OPEN_PARMS);/光驱

19、参数赋值光驱参数赋值为为0op.lpstrDeviceType = (LPCSTR) MCI_DEVTYPE_CD_AUDIO;/光驱类型参数为光驱类型参数为CD_AUDIOop.lpstrElementName =F:;flags= MCI_OPEN_TYPE| MCI_OPEN_TYPE_ID | MCI_OPEN_ELEMENT |MCI_OPEN_SHAREABLE; mciSendCommand(0,MCI_OPEN,flags,(unsigned long)&op); /发送设备打开命令发送设备打开命令mciSendCommand(op.wDeviceID,MCI_SET,

20、MCI_SET_DOOR_OPEN,0);/打开光驱打开光驱return 0;西安交通大学计算机教学实验中心3232MCI_OPEN的消息标志的消息标志l MCI_OPEN_TYPE 对应对应 MCI_OPEN_PARMS结构结构中的中的 LPCSTR lpstrDeviceType 成员变量，成员变量，设备类型设备类型的名字或常量标识的名字或常量标识。l MCI_OPEN_TYPE_ID 和和 MCI_OPEN_TYPE flag 一起使用，可以在一起使用，可以在 MCI_OPEN_PARMS结构中的结构中的 lpstrDeviceType 成员变量的低字中得到标准的成员变量的低字中得到标准

21、的MCI 设设备的备的类型类型ID,同时在高字中指出该同时在高字中指出该设备设备ID 此时在系统里此时在系统里的顺序索引号。的顺序索引号。lMCI_OPEN_ELEMENT 对应对应 MCI_OPEN_PARMS结构中的结构中的 LPCSTR lpstrElementName 成员变量，成员变量，设设备元素备元素 (通常是打开的文件全路径通常是打开的文件全路径).l MCI_OPEN_SHAREABLE 将设备或文件以共享的将设备或文件以共享的方式打开。方式打开。西安交通大学计算机教学实验中心33333.4.2 文件管理与程序设计l计算机中的计算机中的文件文件是指一组相关信息的是指一组相关信息

22、的集合。集合。l文件具有一定的数据结构文件具有一定的数据结构、分类属性和访问权限。、分类属性和访问权限。l文件从文件从物理物理上由位（上由位（bit）、字节（）、字节（byte）、块）、块（block）、页（）、页（page）和盘（）和盘（disk）等组成；）等组成；l从从逻辑逻辑上由字（上由字（word）、字段（）、字段（segment）、记录）、记录（record）、虚拟块（）、虚拟块（virtual block）、文件）、文件（file）、文件目录（）、文件目录（file directory）、文件夹）、文件夹（folder）和文件卷（）和文件卷（volume）等）等组成组成。西安交通大

23、学计算机教学实验中心【例例3-9】双缓冲显示图形程序双缓冲显示图形程序文档文档/视图框架程序视图框架程序 OnDraw 函数函数CDC CBitmap3434西安交通大学计算机教学实验中心3535 3.5 文件管理文件管理应用应用程序设计程序设计l文件文件l具有符号名的一组相关信息项的集合具有符号名的一组相关信息项的集合西安交通大学计算机教学实验中心3636文件类型文件类型l常用文件类型常用文件类型l.exe 可执行文件，可执行文件，l.lib静态库文件，静态库文件，l.dll动态库文件，动态库文件，l.ocx 组件文件，组件文件，l.cpp C+源程序文源程序文件，件，l.java Java

24、源程序源程序文件，文件，l.html 网页文件，网页文件，l.wav声音文件，声音文件，l.jpg 图片文件，图片文件，l.doc Word文件，文件，l.mdb Access数据数据库文件，库文件，l.ini初始化文件，初始化文件，l.log日志文件日志文件,l.chk磁盘整理文件磁盘整理文件 西安交通大学计算机教学实验中心3.5.1文件管理文件管理l操作系统中与文件管理有关的程操作系统中与文件管理有关的程序和所管理的文件称为文件系统序和所管理的文件称为文件系统3737西安交通大学计算机教学实验中心1.功能功能l(1) 分配文件的存储空间。分配文件的存储空间。l(2) 实现从逻辑文件到物理文

25、件间的转换，即实现从逻辑文件到物理文件间的转换，即“按名存按名存取取”外存上的文件。外存上的文件。l(3) 建立文件目录。提供按名存取的有效手段和保证文建立文件目录。提供按名存取的有效手段和保证文件安全的机构。件安全的机构。l(4) 提供合理的存取方法以适应各种不同应用。提供合理的存取方法以适应各种不同应用。l(5) 实现文件的共享、保护和保密。不同用户能在系统实现文件的共享、保护和保密。不同用户能在系统的控制下共享其它用户的文件。的控制下共享其它用户的文件。l(6) 提供一组文件操作，完成对文件的建立、删除、更提供一组文件操作，完成对文件的建立、删除、更名、复制、移动、打开、读、写和关闭等操

26、作。名、复制、移动、打开、读、写和关闭等操作。3838西安交通大学计算机教学实验中心2.文件结构文件结构l文件的结构可分为逻辑结构和物文件的结构可分为逻辑结构和物理结构两种理结构两种l逻辑结构是指文件的外部组织形式，即从用逻辑结构是指文件的外部组织形式，即从用户角度看到的文件组织形式，用户以这种形户角度看到的文件组织形式，用户以这种形式存取、检索和加工有关信息。它还可分为式存取、检索和加工有关信息。它还可分为流式文件和记录式文件流式文件和记录式文件l物理结构又称存储结构，它是指文件在外存物理结构又称存储结构，它是指文件在外存上的存储组织形式，与存储介质的存储特性上的存储组织形式，与存储介质的存

27、储特性有关有关3939西安交通大学计算机教学实验中心3.文件目录文件目录l文件存入文件存储空间后，用户文件存入文件存储空间后，用户要实现要实现“按名存取按名存取”，必须建立，必须建立文件名与该文件在外存空间中的文件名与该文件在外存空间中的物理地址之间的对应关系体现物理地址之间的对应关系体现这种对应关系的数据结构称为文这种对应关系的数据结构称为文件目录件目录l文件目录中应包括：文件的符号名、文件的文件目录中应包括：文件的符号名、文件的物理地址和文件属性。物理地址和文件属性。4040西安交通大学计算机教学实验中心41414.Windows4.Windows的文件系统的文件系统 l普通文件有系统文件

28、和库文件等，而文件夹普通文件有系统文件和库文件等，而文件夹（目录）和设备是一种特殊的文件（目录）和设备是一种特殊的文件 l文件的保护可以通过改变文件的属性为可读、文件的保护可以通过改变文件的属性为可读、可写、可执行、隐藏和归挡来进行。可写、可执行、隐藏和归挡来进行。lWindowsWindows操作系统采用操作系统采用FAT32FAT32和和NTFSNTFS两种文件系两种文件系统格式，统格式，lFAT32FAT32采用文件目录表采用文件目录表FDTFDT和文件分配表和文件分配表FATFAT相结相结合的方式来管理文件。合的方式来管理文件。lNTFSNTFS采用压缩存储方式，具有文件权限的管理采用

29、压缩存储方式，具有文件权限的管理功能，能够更好地管理文件。功能，能够更好地管理文件。 西安交通大学计算机教学实验中心3.5.2文件管理程序设计文件管理程序设计l使用使用Windows API和和Visual C+的的MFC中有关文件系统的函数和类，可以管理磁中有关文件系统的函数和类，可以管理磁盘上的文件和目录。盘上的文件和目录。l用到的主要函数和类有：用到的主要函数和类有：lGetLogicalDrives函数取得逻辑盘，函数取得逻辑盘，GetDriveType函数判断函数判断盘的类型，盘的类型，CFileFind类对文件或目录进行查找，类对文件或目录进行查找，CFile类读写类读写文件的内容

30、。文件的内容。l也可以使用标准也可以使用标准C语言的语言的fopen、fread、fwrite和和fclose等函数来进行文件的操作。等函数来进行文件的操作。4242西安交通大学计算机教学实验中心4343 例例3-10 3-10 编写程序，浏览磁盘驱动器编写程序，浏览磁盘驱动器l使用使用MFC和和API函数函数lGetLogicalDrives取得取得“我的电脑我的电脑”中的所有盘中的所有盘,并得到一个并得到一个DWORD类型类型的数。的数。ldwDriveList = dwDriveList = GetLogicalDrives ()GetLogicalDrives () l通过提取和判断通

31、过提取和判断dwDriveList的每一位，的每一位，得到所有盘符。得到所有盘符。lGetDriveType判别每一盘符的类型。判别每一盘符的类型。 UINT GetDriveType(int nDrive)。西安交通大学计算机教学实验中心4444用到的其他函数用到的其他函数lCStringCString代表一个字符串对象，代表一个字符串对象，lSetAt SetAt 函数改变字符串某个位置的字函数改变字符串某个位置的字符，符，lGetLengthGetLength函数取得字符的长度，函数取得字符的长度，lGetBufferGetBuffer函数将一个函数将一个CStringCString类型

32、的类型的字符串转换为字符串转换为LPTSTRLPTSTR类型的指定长度类型的指定长度的字符串，后者可以使用的字符串，后者可以使用coutcout输出输出 西安交通大学计算机教学实验中心4545例例3-11 3-11 编程判别指定文件或文件夹的的属性编程判别指定文件或文件夹的的属性从命令行输入指定文件或目录名称，从命令行输入指定文件或目录名称，可以包含通配符（可以包含通配符（* *和和? ?）；使用使用MFCMFC的的 CFileFindCFileFind类的类的FindFileFindFile函数对指定文件进行查找；函数对指定文件进行查找； CFileFind finder;CFileFind

33、 finder; BOOL bWorking = finder.FindFile(argv1); BOOL bWorking = finder.FindFile(argv1); / /取得命令行参数指定的文件名取得命令行参数指定的文件名西安交通大学计算机教学实验中心4646 CFileFindCFileFind类的类的FindNextFileFindNextFile函数对函数对指定文件继续进行查找，指定文件继续进行查找，lbWorking = finder.FindNextFile()bWorking = finder.FindNextFile() 通 过 函 数通 过 函 数 G e t F

34、 i l e N a m eG e t F i l e N a m e 、GetFilePathGetFilePath、IsDirectoryIsDirectory、IsReadOnly IsReadOnly 和和GetCreationTimeGetCreationTime得到得到文件的名称、路径、是否目录、是否文件的名称、路径、是否目录、是否只读和建立时间等，并显示相应结果。只读和建立时间等，并显示相应结果。西安交通大学计算机教学实验中心4747另一种查找文件的方法另一种查找文件的方法#include#includevoid main()BOOL flag=0;HANDLE hfile=NU

35、LL;WIN32_FIND_DATA lpFindFileData;hfile=FindFirstFile (*.cpp,&lpFindFileData);if(hfile)flag=1; while(flag)coutlpFindFileData.cFileNameendl;flag=FindNextFile (hfile,&lpFindFileData);西安交通大学计算机教学实验中心例例3-12编写读取编写读取MP3文件基本信息的程序文件基本信息的程序lMP3文件是由帧文件是由帧(frame)构成的，帧是构成的，帧是MP3 文文件最小的组成单位。整个件最小的组成单位。整个

36、MP3 文件结构包括三文件结构包括三部分：部分：TAG_V2(ID3V2)、Frame和和TAG_V1(ID3V1)。其中，。其中，Frame为一系列的帧，为一系列的帧，个数由文件大小和帧长决定，每个个数由文件大小和帧长决定，每个frame又分又分为帧头和数据实体两部分。帧头记录了为帧头和数据实体两部分。帧头记录了MP3的的位率、采样率和版本等信息；位率、采样率和版本等信息；ID3V2 位于文件位于文件头部，包含了作者、作曲、专辑等信息，长度头部，包含了作者、作曲、专辑等信息，长度不固定，是对不固定，是对ID3V1的扩展的扩展4848西安交通大学计算机教学实验中心ID3V1位于文件尾部，长度为

37、位于文件尾部，长度为128字节，也包含作者、字节，也包含作者、作曲、和专辑等信息。作曲、和专辑等信息。ID3V1的结构如下：的结构如下：typedef struct tagID3V1char Header3; /标签头必须是标签头必须是TAG否则认为没有标签否则认为没有标签char Title30; /标题标题char author30; /作者作者char disc_name30; /专集名称专集名称char Year4; /发行年份发行年份char Remark28; /备注备注char reserve; /保留保留char track; /音轨音轨char Genre; /类型类型ID3V1,*pID3V1;本例只读取本例只读取MP3文件的文件的ID3V1标签头信息，而不对帧标签头信息，而不对帧数据进行处理数据进行处理4949西安交通大学计算机教学实验中心程序算法：程序算法： 键盘输入键盘输入MP3文件名称；文件名称； 在函数在函数ReadMp3InfoReadMp3Info打开打开指定的文件；指定的文件； 在函数在函