操作系统文件系统的设计与实现课程设计讲解

1、学校代码：10128学 号： 200920201039力弱Lr步火孳课程设计题 目：文件系统的设计与实现学生姓名：王若禹学院：信息工程学院系别：计算机系专业：计算机科学与技术班级：计09-2指导教师：赵俊生副教授秦俊平副教授2011年12月30日内蒙古工业大学课程设计任务书学院（系）：信息学院计算机系课程名称：操作系统课程设计 指导教师（签名）： 专业班级：计算机092 学生姓名： 王若禹 学号：200920201039一、课程设计题目文件系统的设计与实现二、课程设计的目的通过设计一个小型文件系统，进一步掌握文件管理的方法和技术，使学生初步具有研究、设计、编制和调试操作系统模块的能力。三、课程

2、设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）原始数据：文件目录项结构体，盘块结构体。技术参数：Windows XP（统，VC+6.0FF发工具。设计要求：1 .设计基于位示图的文件连续分配算法；2 .设计显示文件目录、建立文件、显示文件内容、复制和删除文件算法；3 .画出以上算法流程图；4 .编程实现算法功能；5 .编写课程设计说明书。工作量要求：完成以上设计要求中的所有算法功能。四、工作进度安排周一：布置、讲解题目，收集资料；周二：系统分析，算法设计；周三：编制、调试程序；周四：测试系统，形成设计结论，编写课设报告；周五：系统及材料验收，课设答辩。五、主要参考文献1

3、张尧学编.计算机操作系统教程（第三版）习题解答与实验指导.北京：清华大学出版社，20062汤子瀛主编.计算机操作系统（第三版）.西安：西安电子科技大学出版社，20013张坤等编.操作系统实验教程.北京：清华大学出版社，2008 审核批准意见系（教研室）主任（签字）目录第一章 设计内容11. 1设计目的11 . 2设计要求 11 . 3程序设计思想 1第二章 数据结构、算法和算法流程图 22. 1数据结构22. 2程序功能图 22. 3程序流程图 3第三章程序运行结果及分析63. 1程序运行结果 64. 2程序分析 7第四章心得体会8参考文献9附录程序清单10第一章设计内容1. 1设计目的通过设

4、计一个小型文件系统，进一步掌握文件管理的方法和技术，使学 生初步具有研究、设计、编制和调试操作系统模块的能力。1. 2设计要求(1)问题描述在任一 OS下，建立一个大文件，把它假想成一张盘，在其中实现一个 简单的小型文件系统。(2)基本要求该文件系统没有子目录机制，文件连续分配，不考虑换“盘”和分区。做一个简单的操作界面，提供五条简单的命令：dir、mk巾le、type、copy、delfile ,分别用于显示文件目录、建立文件、显示文件内容、复制和删除一 个文件。1. 3程序设计思想阅读操作系统方面的书籍，了解操作系统的文件系统原理。结合分析课 程设计要求，确定实体以及它们之间的关系。实体关

5、系有三张表(磁盘空间分配表、文件表、打开文件表 卜一个模拟磁盘的数组、命令服务和用户构 成。用户负责输入命令。命令服务实现命令的解释、命令检查、命令帮助以 及调用相关模块执行相应的命令功能。建立一个系统文件(模拟盘)，并对此进行盘块的划分，第一个盘块存 放文件目录，第二盘块存放盘块位示图，自第三个盘块开始存放各具体文件 的内容，文件目录存放文件的名字，文件的扩展名，开始盘块号，所占用的 盘块数目，文件的大小；盘块位示图用来标记盘块是否被占用。构造这些实体的关系图，数据流图、程序流程图来进行具体的设计。第二章 数据结构、算法和算法流程图2. 1数据结构数据结构说明：本程序所运用的主要有两个数据结

6、构，分别如下:文件目录结构：struct filename char name9;char ext4;int i;磁盘块号int Amount;long int size;盘块结构：struct empty int map100;int filenum;2. 2程序功能图/文件目录项结构体/文件名/扩展名/文件所占用磁盘块的第一个/文件所占用磁盘块的块数/文件大小/盘块结构体/盘块位示图/文件数量模拟文件系统文件系统提供的文件操作有建立文件（mhile）、复制文件（copy）、显示文件所 有内容（type）、删除文件（defile）。可以通过键盘输入命令来模拟文件的操作。2. 3程序流程图（1

7、）主程序流程图：图2.2(2)初始化模块流程图:图2.3(4)显示目录流程图:(3)写入磁盘流程图:图2.5(6)删除文件流程图:(8)创建文件流程图:图2.9(7)复制文件流程图:第三章程序运行结果及分析3. 1程序运行结果(1)程序主界面请选择一个功能!”In it Sjsf ile . Dir.Create a flit. Type- Capij.Delfile.Exit.图3.1(2)创建一个文件，输入“ 3”显示“输入文件内容，按 键保存且退出！”育输入文件内容，按?键保存且退出?图3.2(3)往文件里写内容：Hello World!显示文件长度，并要求给文件命名，命名后保存 返回主

8、界面安 名名 s 容012奈fJu J&w件rl为首文uo度文文5键保存且退出?字二a：a”,请选择一个功能?”1 . In it St/f lie2 - Dit-.3 Create & file4_ Tj/pe.5， Copy.6. Delfile.7. Exit.图3.3(4)读取刚才写入的文件，结果正确1 lies .txtt监稿叁件从日开始A卜一该文件位于第”从第或夬开始块 -从文件读出的文件长度为：12文件内容为:Hello World图3.4(5)删除刚写入的文件，测试成功文件名： 扩展名二 隼文上二d.及图3.53. 2程序分析本程序使用一个Windows下的文件来模拟一个磁盘，

9、向磁盘中装入文件并进 行相关操作。采用了以空间换时间的算法，文件的大小在系统中是固定的，虽然会 浪费一些空间，但文件的存取速率会加快。第四章心得体会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。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，难免

10、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，不过设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在 老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识， 再次我表示感谢！同时，对给过我们帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的 感谢！在设计过程中，查询了不少相关资料，不断的发现问题、提出问题、解决问题。在对自己所编写的源程序段的纠错的过程中， 使我更好的理解了操作系统中文件系统 的理论知识，同时在编程时用到了模块化的设计思想， 这种编程方法可以使我们的编 程变的更简单，可以使我们的查错与纠错变

11、的更方便。总的来说通过这次的设计的学 习使我学到了很多在平时的学习中学不到的很多东西，通过这次课程设计，使我对操作系统和编程产生兴趣，我想我会在这条路上继续前进下去。我相信，只要不断的严 格要求自己，注意培养自己的思维能力，就一定会有更大更辉煌的发展和提高。参考文献1 .教材1张尧学主编.计算机操作系统教程（第三版）.北京:清华大学出版社，20062 .主要参考书1张尧学编.计算机操作系统教程（第三版）习题解答与实验指导.北京：清华大学出版社，20062汤子瀛主编.计算机操作系统（第三版）.西安:西安电子科技大学出版社，20013张坤等编.操作系统实验教程.北京：清华大学出版社，20084张丽

12、芬等编.操作系统实验教程.北京：清华大学出版社，20065 Andrew S.Tanenbaum. Modern Operating Systems, Second Edition.EnglewoodCliffs,N.J,Prentice Hall, 20016屠祁等编.操作系统基础（第三版）.北京:清华大学出版社，20007冯耀霖等编.操作系统.西安:西安电子科技大学出版社，20018左万历.计算机操作系统教程（第二版）.北京：高等教育出版社，2004附录程序清单#include iostream.h#include string#include stdio.h extern C void

13、exit(int);struct filenamechar name12;char ext8;int i;int Amount;long int size;file20;/盘块结构体/盘块位示图/文件数量/文件目录项结构体/文件名/扩展名/扩展名较小设为10/文件所占用磁盘块的第一个磁盘块号/文件所占用磁盘块的块数/文件大小int num;struct empty int map20;int filenum;emptytable;/模块说明：void SystemInit()for(int i=2;i19;i+) emptytable.mapi=0;emptytable.map0=1;empt

14、ytable.map1=1;emptytable.filenum=0;/模拟磁盘文件初始化函数/初始化存放位示图的盘块FILE *fp;if(fp=fopen(filesys,wb+)=NULL)/wb+:为读写建立一个新”文件;打开系统文件将文件目录盘块和用“ w”打开的文件只能向该文件写入。若打开的文件不存 在，则以指定的文件名建立该文件，若打开的文件已经存在，则将该文件删去，重建 一个新文件。+:读和写/位示图盘块写入系统文件printf(can not open file n);exit(0); fseek(fp,512L,0);/ int fseek(FILE *stream, lo

15、ng offset, int fromwhere);函数设置文件指针stream的位置。如果执行成功，stream将指向以fromwhere (偏移起 始位置：文件头0,当前位置1,文件尾2)为基准，偏移offset (指针偏移量)个字 节的位置。如果执行失败(offset超过文件自身大小),则不改变stream指向的位置。 成功，返回0,否则返回其他值。fwrite(&emptytable,sizeof(struct empty),1,fp);把结构体 emptyable 中的内容写入到fp中，数据项的大小为struct empty,数据项白个数为1fclose(fp);printf( !初

16、始化系统成功！!);void WriteFile()/将目录以及空闲盘块表写入磁盘 FILE *fp;if(fp=fopen(filesys,rb+)=NULL) printf(can not open file n); exit(0);rewind(fp);/将文件内部的位置指针重新指向一个流(数据流/文件)的开头for(int i=0;inum;i+)fwrite(&filei,sizeof(struct filename),1,fp);fseek(fp,512L,0);fwrite(&emptytable,sizeof(struct empty),1,fp); fclose(fp);vo

17、id dir() int i,j;FILE *fp;if(fp=fopen(filesys,rb)=NULL) printf(can not open file n);exit(0);fseek(fp,512L,0);fread(&emptytable,sizeof(struct empty),1,fp);rewind(fp);num=emptytable.filenum;for(i=0;inum;i+)fread(&filei,sizeof(struct filename),1,fp);/文件目录/位小图/显示文件目录/空闲盘块表的定位/文件目录表的定位if (num!=0) printf(

18、系统所有文件:n); for(i=0,j=1;inum;i+,j+) printf(%s.%s ,,filei.ext);if(j=5) printf(n); j=1;printf(n 文件数量为 %d ,num);fclose(fp);/显示文件内容void type()FILE *fp;int i,j;if(fp=fopen(filesys,rb)=NULL) printf(can not open file n);exit(0);fseek(fp,512L,0);fread(&emptytable,sizeof(struct empty),1,fp);rewind(f

19、p);num=emptytable.filenum; for(i=0,j=0;inum;i+,j+) fread(&filei,sizeof(struct filename),1,fp); printf(%s.%s ,,filei.ext);if(j=5) printf(n);printf(n);char name12,ext18;printf(请输入所要查询的文件名：n);gets(name);scanf(%s,name);getchar();printf(请输入扩展名:);gets(ext1);scanf(%s”,ext1);getchar();if(*(name+0)

20、=0)printf(文件名不能为空！ n); return;if(*ext1=0)strcpy(ext1,txt);int sign=0;for(i=0;inum;i+)if(strcmp(,name)=0) & (strcmp(filei.ext,ext1)=0) printf(-所找文彳为第d个文件-n,i+1);sign=1;break;if(sign=0) printf(无此文件 n); return;/显示文件int b,m,n ;b=filei.i;n=filei.size;printf( -该文件位于第块仁心+1);printf(-从文件读出的文件长度为：%d

21、-n,n);/fseek(fp,b*512L,0);char cc;printf(-文件内容为:-n);printf( );for( m=0,j=1; mn; m+,j+)fseek(fp,b*512L+m,0);/fread(&cc,sizeof(char),1,fp);cc=fgetc(fp);printf(%c,cc); if(j%40=0)printf(n);printf(n);fclose(fp);void delfile()删除一个文件FILE *fp;int i;if(fp=fopen(filesys,r)=NULL)printf(can not open file n);exi

22、t(0);)fseek(fp,512L,0);fread(&emptytable,sizeof(struct empty),1,fp);rewind(fp);num=emptytable.filenum;for(i=0;inum;i+)fread(&filei,sizeof(struct filename),1,fp);char name12,ext18;printf(请输入文件名:n);gets(name);scanf(%s,name);getchar();printf(请输入扩展名:n);gets(ext1);/scanf(%s,ext1);getchar();if(*name=0) pr

23、intf(文件名不能为空！ n);return;)if(*ext1=0) strcpy(ext1,txt);char judge;printf(是否删除文件 %s.%s y/n”,name,ext1);scanf(%c,&judge); getchar();if(judge=y)|(judge=Y)printf(准备删除文件 %s.%s !n,name,ext1);else if(judge=n)|(judge=N) return;elseprintf(系统默认放弃!n);return;)int sign=0;for(i=0;inum;i+)if(strcmp(,name)

24、=0)&(strcmp(filei.ext,ext1)=0) sign=1; break;)if(sign=0) printf(文件名错 n); return;)回收空间int b=filei.i;int Amount=filei.Amount;int j;for(j=0;jAmount;j+)emptytable.mapb+=0;for( j=i;jnum-1;j+)strcpy(,filej+1.name);strcpy(filej.ext,filej+1.ext);filej.i=filej+1.i;filej.size=filej+1.size;filej.Amou

25、nt=filej+1.Amount;)emptytable.filenum=emptytable.filenum-1;num=emptytable.filenum;WriteFile();printf(删除成功！ n);fclose(fp);)void copy()复制一个文件FILE *fq;int i,j,sign;if(fq=fopen(filesys,rb+)=NULL)printf(can not open file n);exit(0);)fseek(fq,512L,0);fread(&emptytable,sizeof(struct empty),1,fq);rewind(fq)

26、;num=emptytable.filenum;for(i=0;inum;i+)fread(&filei,sizeof(struct filename),1,fq);/forchar SourceName12,DestName12,ext18,ext28;printf(请输入源文件名:);gets(SourceName);/scanf(%s,SourceName);getchar();printf(请输入源文件扩展名：)； gets(extl);printf(请输入目标文件名:);gets(DestName);printf(请输入目标扩展文件名);gets(ext2); getchar();i

27、f(*ext2=0) strcpy(ext2,txt);/scanf(%s,ext1);getchar();/scanf(%s,DestName);getchar();/scanf(%s,ext2);getchar();if(*SourceName)=0 | (*DestName)=0) printf(错误！文件名不能为空！n); return;if(strcmp(SourceName,DestName)=0)printf(错误！两个文件名不能相同!n); return;sign=0;for(i=0;inum;i+)if(strcmp(SourceName,)=0) sig

28、n=1;strcpy(,DestName);strcpy(filenum.ext,ext2);/filenum.i=filei.i;filenum.size=filei.size;filenum.Amount=filei.Amount;break;/forif(sign=0)printf(不存在源文件n);return;if (inum)printf(输入的文件名与第d个源文件相等(i从0开始)n,i);/空间分配sign=0;for(int m=2 ; m0; j-)/寻找一连续的空闲盘块if(emptytable.mapm+j-1=1) sign=1;break;/

29、if/forif(sign=0) break;m+=j-1;sign=0;/ forif (m = 19-filenum.Amount)for(j=0;j filenum.Amount;j+) emptytable.mapm+j=1; filenum.i=m;elseprintf(没有足够的连续的盘块数);/写数据FILE *fq1;rewind(fq);fq1=fq;fseek(fq,(filei.i) * 512L,0);printf(n-源文件的起始盘块号：%d,filei.i);/rewind(fp1);fseek(fq1,(filenum.i) * 512L,0);printf(n-

30、复制文件的起始盘块号：%d,filenum.i);char cc;printf(n-源文件内容为:-n);for(int k=0 ; kfilei.size;k+)fseek(fq,(filei.i) * 512L+k,0);fread(&cc,sizeof(char),1,fq);printf(%c,cc);fseek(fq1,(filenum.i) * 512L+k,0);fwrite(&cc,sizeof(char),1,fq1);) printf(n); num=num+1;emptytable.filenum=num;WriteFile();/写目录及位示图fclose(fq); f

31、close(fq1);)void mkfile()/建立一个文件 FILE *fp;if(fp=fopen(filesys,r+)=NULL)printf(can not open filenpleace Initialization at firstn); exit(0);) struct strNode数据块 char word64;struct strNode *next;*head,*p,*q;char name9,ext14;int i=0,j=0;head=p=q=new struct strNode; /.请结构体内存空间 char ch;printf(请输入文件内容，按键保存且

32、退出！n);dofor(i=0;iwordi=ch; if(ch=)break; if(ch!=) p=new struct strNode; q-next=p;q=p; j+;while(ch!=); getchar();int num1, size=(j*64+i)*sizeof(char); /j为结构体的个数，i为不足一个结构体的字符数/printf(文件长度为：%dn,size);char judge=n;doprintf(请输入文件的英文名字:);gets(name);/scanf(%s,name);getchar();printf(请输入文件的扩展名：)；gets(ext1);/

33、scanf(%s,ext1);getchar();if(*ext1=0) strcpy(ext1,txt);judge=y;if(*name=0)printf(错误!文件名不能为空！n); printf(是否放弃此文件Y/N);scanf(%c,&judge);getchar(); if( (judge=y) | (judge=Y) return;while( (judge=n) | (judge=N);fseek(fp,512L,0);fread(&emptytable,sizeof(struct empty),1,fp);rewind(fp);num=emptytable.filenum;

34、/*for(i=0;inum;i+)fread(&filei,sizeof(struct filename),1,fp);printf(%s.%sn,,filei.ext);*/for (i=0;i0) num1=num1+1;strcpy(,name);/printf(%d %s %s,num,,name);strcpy(filenum.ext,ext1);filenum.size = size;filenum.Amount=num1;int sign=0 ,n=0;/空间分配for(int m=2 ; m 0; n-) i

35、f(emptytable.mapm+n-1=1) sign=1;break;/if/forif(sign=0)break;m+=n-1;sign=0;/if/forif(m=10-num1) filenum.i/* elseprintf(空间不足!n);return;for(j=0;j 0;j-) ch=p-wordi+;fwrite(&ch,sizeof(char),1,fp); if(i=64)*m;i=0;p=p-next;)/ cycle-;)rewind(fp);for(j=0,i=0;inum;i+,j+)/printf(断点 %dn,i);fread(&filei,sizeof(struct filename),1,fp);/printf(%sn,);printf(%s.%s ,,filei.ext);if(j=5) printf(n);) fclose(fp);)void