操作系统 实验报告 文件管理

1、（ 201201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

2、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

3、);/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 i

4、nt 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 inodeunsigned 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

5、"."*/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*/uns

6、igned short di_blockDATA_BLOCK_NUM; /* 数据块块地址编号 */;/*超级块*/struct super_blockunsigned 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in

7、ode总数 */unsigned short s_log_block_size; /* block 的大小 */;/*账户信息*/struct userunsigned short user_id;/用户IDunsigned short user_access;/权限string username;/用户名string password;/密码;/*文件/目录结构*/struct directorystring 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<st

8、dio.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_name10; / 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_name10; / 文件

9、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

10、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"

11、; /磁盘文件名char rw_buffer512; / 读写使用的缓冲区struct FCB_Block filefcb130; / 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_buffer5000; / 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 OFT16; / 打开文件表，当前只使用OFT0unsigned int block_size; / 物理块大小（字节）unsigned long int total_disk_size; / 磁

12、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; in

13、t 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_bufferi = 0) /文件未占有，分配 if (flag=1) firstblk=i; flag=-1;else fat_buffertmp=i; tmp=i; fat_bufferi=-1; tmpcount+; if(tm

14、pcount=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_bufferi!=-1) j=fat_bufferi; /下一项 fat_bufferi = 0; count+; i=j; fat_bufferi =

15、 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

16、*/ 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;/

17、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

18、_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+) filefcbi.flag=-1; /为-1表示FCB未使用fseek(fsPtr,512L,SEEK_SET);fwrite(&filefcb0,sizeof(struct FCB_Block),128,fsPtr); /初始化FAT fatval=FsSupBlk.fs_fa

19、t_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_bufferi=-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_bufferi=0; /为0表示为空的物理快 fwrite(&fat_buffer0,sizeof(long int),FsSupBlk.fs_totalsize,fsP

20、tr); /初始化数据区 for(i=0;i<512;i+) rw_bufferi=' '/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

21、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_B

22、lock),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() /F

23、AT到文件FAT区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=%ldn",FsSupBlk.fs_totalsize); printf("FsSupBlk.fs_blocksize=%dn",FsSupBlk.fs_blocksize); printf("FsSupBlk.fs_dir_

24、start=%dn",FsSupBlk.fs_dir_start); printf("FsSupBlk.fs_dir_size=%dn",FsSupBlk.fs_dir_size); printf("FsSupBlk.fs_fat_start=%dn",FsSupBlk.fs_fat_start); printf("FsSupBlk.fs_fat_size=%dn",FsSupBlk.fs_fat_size); printf("FsSupBlk.fs_data_start=%dn",FsSupBlk.fs

25、_data_start); printf("FsSupBlk.fs_data_size=%ldn",FsSupBlk.fs_data_size); printf("FsSupBlk.fs_freesize=%ldn",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

26、*/ void dir() /显示目录下的文件 int i,countFile=0; char str16; 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(&filefcb0,sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr); for(i=0;i<

27、16;i+) if(filefcbi.flag = 1) /文件占有 countFile+; n = filefcbi.file_length; printf(" %-15s<%s>%15d bytesn", filefcbi.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nn",FsSupBlk.fs_freesize); /*查找文件*/ /查找文件,文件

28、存在返回当前FCB数组下标，否则返回-1int 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(&filefcb0,sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr); for(i=0;

29、i<16;i+) if(filefcbi.flag!=-1) if(strcmp(filename,filefcbi.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

30、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 ！nn"); 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 ！nn"); 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

31、区for(i=0; i<FsSupBlk.fs_dir_size; i+) /Read_Block(i+FsSupBlk.fs_dir_start,(char *)filefcb);fread(&filefcb0,sizeof(struct FCB_Block),16 ,fsPtr); for(j=0;j<16;j+)if(filefcbj.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");ret

32、urn;filefcbj.file_start=getnum;filefcbj.flag = 1;filefcbj.file_length=num;strcpy(filefcbj.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(&filefcbj,sizeof(struct FCB_Block),1 ,fs

33、Ptr); /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nn",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<<&q

34、uot;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!nn");/*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 ！nn"); return

35、;/ 删除文件的处理 Put_Block(filefcbtempnode.file_start); / 释放文件存储空间 filefcbtempnode.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(&filefcbtempnode,sizeof(struct FCB_Blo

36、ck),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 rescount;long int pos_dir; if (num > 512) printf("n 不能写大于512字节的数据 ！nn"); return; tempnode=Find_File(fname); if (tempnode=-1) /表示文件不存在 printf("n 文件不存在，不能写 ！nn"

37、;); return; / 写文件的处理char *string=new char num; /申请空间for(i=0;i<num;i+) cin>>stringi; rescount=filefcbtempnode.file_length % FsSupBlk.fs_blocksize; if (num> FsSupBlk.fs_blocksize-rescount)if (FsSupBlk.fs_freesize<1) printf("n 文件系统没有足够空间，不能写 ！nn");return;for(j=filefcbtempnode.f

38、ile_start;fat_bufferj!=-1;j=fat_bufferj); Read_Block(j,rw_buffer); if (num<= FsSupBlk.fs_blocksize-rescount)for(i=0;i<num;i+) rw_bufferrescount+i=stringi;Write_Block(j,rw_buffer); else for(i=0;i<FsSupBlk.fs_blocksize-rescount;i+) rw_bufferrescount+i=stringi; Write_Block(j,rw_buffer); fat_bu

39、fferj=Get_Block(1); j=fat_bufferj; for(x=0;x<FsSupBlk.fs_blocksize;x+) rw_bufferx=' ' for(x=0;x<num-(FsSupBlk.fs_blocksize-rescount);x+) rw_bufferx=stringi+x; Write_Block(j,rw_buffer); /delete string;/ 修改FCB项并写回磁盘 filefcbtempnode.file_length+=num; / 增加文件的长度pos_dir=FsSupBlk.fs_dir_start

40、*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(&filefcbtempnode,sizeof(struct FCB_Block),1 ,fsPtr); cin.ignore(10000,'n'); /清除输入流缓冲区cout<<endl<<"= 写文件完成！="<<endl;return;void copyFcbtoOft(i

41、nt fcbpos)OFT0.offset =0;strcpy(OFT0.file_name,filefcbfcbpos.file_name); OFT0.file_start = filefcbfcbpos.file_start ; OFT0.file_length= filefcbfcbpos.file_length ;/*读文件*/ void read(char *fname,long start,int count)/读文件 ，限制在512个字节内 int tempnode;int stblknum,offset; int dspnum;long i,j,x; tempnode=Fin

42、d_File(fname); if (tempnode=-1) /表示文件不存在 printf("n 文件不存在，不能读 ！nn"); return; if (start > filefcbtempnode.file_length) /读的数据超出文件范围 printf("n 超出文件范围，不能读 ！nn"); return; / 读文件的处理 printf("n=n"); stblknum=start/FsSupBlk.fs_blocksize+1; / 起始物理块 offset=start%FsSupBlk.fs_block

43、size; / 起始物理块的偏移量if(start+count>filefcbtempnode.file_length ) count= filefcbtempnode.file_length-start;for(i=filefcbtempnode.file_start,j=1;j<stblknum;j+)i=fat_bufferi; Read_Block(i,rw_buffer); if(start+count>filefcbtempnode.file_length ) count= filefcbtempnode.file_length-start;if(count<

44、;=FsSupBlk.fs_blocksize-offset) for(j=0;j<count;j+) cout<<rw_bufferj+offset;else for(j=0;j<FsSupBlk.fs_blocksize-offset;j+) cout<<rw_bufferj+offset; dspnum=(count-(FsSupBlk.fs_blocksize-offset)/FsSupBlk.fs_blocksize+1; for(j=0;j<dspnum-1;j+) i=fat_bufferi; Read_Block(i,rw_buffer

45、); for(x=0;x<FsSupBlk.fs_blocksize;x+) cout<<rw_bufferx; i=fat_bufferi; Read_Block(i,rw_buffer); x=(count-(FsSupBlk.fs_blocksize-offset)%FsSupBlk.fs_blocksize; for(j=0;j<x;j+) cout<<rw_bufferx;cout<<endl<<"= 读文件完成！="<<endl;return;/*显示帮助*/ void display_he

46、lp()printf(" 写文件 wf filename size n");printf(" 读文件 rf filename start size n");printf(" 删除文件 df filename n");printf(" 建立文件 cf filename size n");printf(" 显示文件 dir n");printf(" 磁盘格式化 format n");printf(" 退出文件系统 quit nn");/*命令解释*/ void

47、 CmdShell() /全部命令的解释执行过程int j;int parameter; / 记录命令行参数个数int len; / 输入的命令行长度char string50; / 输入的命令行字符串char *str4; / 分解出的命令行参数bool flag; / 标志cout<<"n 输入help查看所有命令"<<endl<<endl; while(1) printf("c:>"); /输出系统提示符 gets(string); len = strlen(string); /命令行信息的解析过程 for(parameter = 0, flag = true, j = 0; j<len ; j+) if(stringj = ' ') /读到输入字符为空格时，输出回车 flag = true; stringj = '0' else if(fl