操作系统课程设计报告.doc

操作系统课程设计实验报告姓 名： 学 号： 班级专业： 软 件 工 程 操作系统课程设计-建立基于磁盘存储设备的FAT文件系统一、课程设计要求、目的在现代计算机系统中，用到大量的程序和数据，由于内存容量有限，且不能长期保存，故而平时总是把他们以文件的形式存放在外村中，需要时可随时将他们调入到内存。如果用户直接管理外存上的文件，不仅要求用户熟悉外存的特性，了解各种文件的属性，以及他们在外存上的位置，而且在多用户的环境下，还必须能保持数据的安全性和一致性。显然，这是用户多不能胜任、也不愿意承担的工作。取而代之的是操作系统中又增加了文件管理功能，即构成一个文件系统，负责管理在外存上的文件，并把对文件的存取、共享和保护等手段提供给用户。这不仅方便了用户，保证了文件的安全性，还可以有效的提高系统资源的利用率。课程设计不仅要求我们紧扣课本知识，熟练的掌握课FAT文件系统实现原理上，而且要求最终的软件实现有很好的人机交互界面，从多方面考查我们的学习、实践能力。让我们在实践中去认识FAT文件系统的实现原理，加深对文件系统存储、数据的安全性和一致性理解，在实践中去完善自己的理论知识，纠正理论学习过程中出现的错误。二、课程设计的任务1、首先分配一定容量的磁盘存储空间，作为文件存储空间。2、建立相应的文件系统，使用FAT文件系统。3、为该文件系统设计相应的数据结构来管理目录、磁盘空闲空间、已分配空间等。4、提供文件的创建、删除、移位、改名等功能。5、提供良好的界面，可以显示磁盘文件系统的状态和空间的使用情况。6、提供虚拟磁盘转储功能，可将信息存入磁盘，还可从磁盘读入内存。三、相关原理及算法描述3.1文件系统设计原理本次设计的基于磁盘存储设备的FAT文件系统利用的是二级目录管理方式，分别由用户文件目录UFD( User File Directory )、主文件目录MFD( Master File Diretory )构成。其中UFD由用户的所有文件块组成，在MFD中每个用户目录文件占用一个目录项，其中目录项中包括用户名和指向用户目录文件的指针，其基本构成如图所示： 用户文件目录项的基本信息包括基本信息、地址信息、访问控制信息、使用信息。1. 基本信息u 文件名：通常在不同系统中允许不同的最大长度。可以修改。有些系统允许同一个文件有多个别名；u 别名的数目；u 文件类型：可有多种不同的划分方法，如： 有无结构（记录文件，流式文件） 内容（二进制，文本） 用途（源代码，目标代码，可执行文件，数据） 属性attribute（如系统，隐含等） 文件组织（如顺序，索引等）2. 地址信息u 存放位置：包括哪个设备或文件卷volume，以及各个存储块位置；u 文件长度：以字节、字或存储块为单位。可以通过写入或创建、打开、关闭等操作而变化。3. 访问控制信息u 文件所有者（属主）：通常是创建文件的用户，或者改变已有文件的属主；u 访问权限（控制各用户可使用的访问方式）：如读、写、执行、删除等；4. 使用信息u 创建时间u 最晚一次读访问的时间和用户u 最晚一次写访问的时间和用户 在两级目录结构中，如果用户希望有自己的用户文件目录，可以请求系统为自己建立一个用户文件目录；有了自己的UFD后，用户可以根据自己的需要创建新文件。每当此时，OS只需要检查该用户的UFD，判定在该UFD中是否已有同名的另一个文件。若有，用户必须为新文件重命名；若无，便在UFD中建立新目录项，将新文件名及其有关的属性填入到目录项中，并置其状态位为1,。当用户要删除一个文件时，OS也只需要查找该用户的UFD，从中找到指定文件的目录项，在回收该文件所占用的存储空间后，将该目录项删除。3.2文件系统中文件基本操作：创建文件：创建一个新文件时，系统首先要为新文件分配必要的外存空间，并在文件系统的目录下，为止建立一个目录项。目录项中应记录新文件的文件名以及其在外存的地址等属性。删除文件：当已不再需要某文件时，可将它从文件系统中删除。在删除时，系统应该先从目录中找到删除文件的目录项，使之成为空项，然后回收该文件所占用的存储空间。文件的重命名：根据用户的需要更改文件的名称，但更改中必须保证文件名不与相同目录中的其他文件重名。3.3文件系统的存储利用的是显示链接存储方式文件存取：实现“按名存取”。即用户只需向系统提供所需访问的文件的名字，便能快速准确地找到文件在外存上的存储位置。这是目录管理最基本的功能，也是本文件系统向用户提供的最基本的服务。提高对目录的检索速度。通过合理地组织目录结构的方法，可加快对目录的检索速度，而且本系统利用结构体，设置指针对于下一块的物理位置进行了指定，利用自己优化的算法，可以快速而准确的找到目标位置，从而提高了对文件的存取速度。这是在设计一个大、中型文件系统时所追求的主要目标。文件内存显示。利用指针化数组，将各文件所申请的内存放入到数组中，然后利用对数组的快速遍历，来查询被占用的内存地址，同时利用逻辑地址将他们在画面中显示出来，而且是动态刷新。显式链接。把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。该表在整个磁盘中仅设置一张，表的序号是物理盘块号，从0开始，直至N-1；N为盘块总数。在每个表项中存放链接指针，即下一个盘块号。在该表中，凡是属于某一文件的第一个盘块号，或者说是每一条链的链首指针所对应的盘块号，均作为文件地址被填入相应文件的FCB的“物理地址”字段中。由于查找记录的过程是在内存中进行的，因而不仅显著的提高了检索的速度，而且大大减少了访问磁盘的次数。由于分配给文件的多有盘块号都放在该表中，故把该表称为文件分配表FAT（File Allocation Table）。MS-DOS、Windows及OS/2等操作系统都采用了FAT。图示出了MS-DOS的文件物理结构。这里示出了两个文件：文件A占用三个盘块，其盘块号一次是4/6/11；文件B则依次占用了9/10及5号三个盘块；每个文件的第一个盘块号放在自己的FCB中。整个系统有一张文件分配表FAT。在FAT的每个表项中存放下一个盘块号。对于1.2M的软盘，盘块大小为1KB，每个FAT表项占12位，在每个FAT中共含有1.2K个表项，故共需1.8KB。而对于200MB的硬盘，共含有200K个盘块，因此，FAT的每个表项需2.5个字节，故共需占用500KB。但如果磁盘容量为12GB、盘块的大小为4KB时，应共有3M个盘块；而FAT得每个表项需3个字节，总共需占用9MB的内存。 3.4文件目录项的详细设计根据FAT模拟系统中储存的内容，当使用者在列表控件中选中某个用户，并单击功能选择中用户信息按钮（或选中用户后单击右键，单击显示的菜单上的用户信息）后，显示用户信息的对话框。在用户对话框中，显示此用户当前文件的总数，并可以对用户中的文件进行新建文件、删除文件、重命名和刷新的功能。显示ID为IDD_DIA_FILEDIR的对话框新建用户删除文件重命名刷新单击用户信息按钮（或选中用户后单击右键，单击显示的菜单上的用户信息）退出返回FAT模拟系统界面程序操作流程图四、开发环境 VC+ 6.0五、程序流程图5.1系统功能图5.2系统详细设计路程图5.3文件的基本操作流程图（新建、删除、重命名） 六、程序实现-数据结构6.1数据结构定义及数据成员文件目录项struct FileItemCString Name;int Start;int Size;CTime Time;CString Remark;CString Content;主目录项struct FCBItemCString Name;int Filenum;CString Remark;CTime Time;File UserFile;盘块状态信息struct DiskItemint sign; /sign表示该盘块是否占用 1表示占用，0表示没有占用int next;int GetbankPos( int size ); /获得大小大于size的磁盘块的起始地址int m_SignInit; /标志系统是否初始化int m_UseSize; /已用空间int m_RestSize;/剩余空间DiskItem * m_FileSystem; /系统的盘块int *m_FileSyint;CString m_FileName; /系统初始化时的名称int m_FileSize; /系统开始分配的盘块数目6.2成员函数bool OnFileNew(); /文件系统的新建bool OnFileSave(); /文件系统的保存void FileRename(int fcbnum, int num, CString newname );/更改fcbnum用户的第num个文件的名称void FIleRetDisk( int fcbnum, int num ); /回收fcbnum用户的第num个文件的磁盘资源void FilePop( int fcbnum, int num ); /删除fcbnum用户的第num个文件void FileTributDisk( int start , int size ); /分配磁盘start 表示起始位置bool FilePush_back( int fcbnum , CString name, CString remark, CString content, int size); /fcbnum表示用户的ID,name 文件名, remark备注,content内容，size 大小BOOL FCBPush_back( CString name, CString remark ); /在FCB的尾部加入一个文件目录表bool FCBPop( int num ); /删除FCB中的第num个文件目录表void FCBReName( int num, CString newname );/对文件块中第num个文件目录表进行重命名七、程序实现-程序清单BOOL CMy2Dlg:FCBPush_back( CString name, CString remark )if ( !name.IsEmpty() )FCBItem temp;temp.Name = name;temp.Remark = remark;temp.Time = CTime().GetCurrentTime();temp.Filenum = 0;m_fcb.push_back( temp );m_fcbitemnum+;return true;elsereturn FALSE;bool CMy2Dlg:FCBPop( int num )if ( m_fcbnum-1.UserFile.size() 0 )MessageBox(您不能删除该用户！);return false;FCB:iterator temp1;temp1 = m_fcb.begin();for ( int i = 0; i m_RestSize )return -1;for ( int i = 0; i m_FileSize; i+ ) if ( m_FileSystemi.sign = 0 )return i+1;bool CMy2Dlg:FilePush_back( int fcbnum , CString name, CString remark, CString content, int size )/文件的位置判断代码int start = GetbankPos( size );if ( start = -1 )return false;FileItem temp;temp.Name = name;temp.Remark = remark;temp.Start = start;temp.Size = size;temp.Content = content;temp.Time = CTime().GetCurrentTime();/向用户ID为fcbnum的用户加入文件m_fcb fcbnum-1 .UserFile.push_back( temp );m_fcb fcbnum-1 .Filenum+;/磁盘操作m_RestSize -= size;m_UseSize += size;FileTributDisk( start, size );return true;void CMy2Dlg:FileTributDisk( int start, int size )int temp_size = 0;int temp_pos = 0 ; /用于记录当前磁盘的临时位置for ( int i = start-1; ; )if ( m_FileSystemi.sign = 0 )m_FileSystemi.sign = 1;temp_pos = i;temp_size +;if ( temp_size = size )m_FileSystemtemp_pos.next = -1;break;i = (i+1)%m_FileSize;if ( m_FileSystemi.sign = 0 )m_FileSystemtemp_pos.next = i;void CMy2Dlg:FilePop( int fcbnum, int num )File:iterator it;it = m_fcbfcbnum-1.UserFile.begin();for ( int i = 0; i num-1; i+ )it+;/回收磁盘FIleRetDisk( fcbnum, num );m_fcbfcbnum-1.Filenum-;m_fcbfcbnum-1.UserFile.erase( it );void CMy2Dlg:FIleRetDisk( int fcbnum, int num )int i = m_fcbfcbnum-1.UserFilenum-1.Start-1;int size = m_fcbfcbnum-1.UserFilenum-1.Size;m_UseSize -= size;m_RestSize += size;int temp_size = 0;do m_FileSystemi.sign = 0;temp_size+;i = m_FileSystemi.next; while( i != -1 & temp_size != size);if ( temp_size = size )MessageBox(retdisk is success!);void CMy2Dlg:FileRename(int fcbnum, int num, CString newname)m_fcbfcbnum-1.UserFilenum-1.Name = newname;bool CMy2Dlg:OnFileSave()if ( m_FileName.IsEmpty() )MessageBox(please create new File system!);return false;CFileDialog filedlg( false, txt,(m_FileName+.txt),OFN_HIDEREADONLY | OFN_OVERWRITEPROMPT,.txt,NULL);if ( filedlg.DoModal() = IDOK )/将文件系统名称写入到磁盘CString ms;ms = filedlg.GetPathName();MessageBox( ms );CFile file( ms, CFile:modeCreate | CFile:modeWrite);CArchive ar( &file, CArchive:store );arm_FileName; /写入磁盘块的初始化大小，剩余容量arm_FileSizem_RestSize; /写入一共有多少用户arm_fcbitemnum;/写入每个用户的信息for ( int i = 0; i m_fcbitemnum; i+ )arm_fcbi.Filenumm_fcbi.Namem_fcbi.Remarkm_fcbi.Time;/写入每个用户的详细情况for ( int j = 0; j m_fcbi.Filenum; j+ )arm_fcbi.UserFilej.Contentm_fcbi.UserFilej.Namem_fcbi.UserFilej.Remarkm_fcbi.UserFilej.Sizem_fcbi.UserFilej.Startm_FileName;arm_FileSizem_RestSizem_fcbitemnum;/初始化用户信息for ( int i = 0; i temp.Filenumtemp.Nametemp.Remarktemp.Time;m_fcb.push_back(temp);/ arm_fcbi.Filenumm_fcbi.Namem_fcbi.Remarkm_fcbi.Time;/写入每个用户的详细情况for ( int j = 0; j tempFile.ContenttempFile.NametempFile.RemarktempFile.SizetempFile.StarttempFile.Time;m_fcbi.UserFile.push_back(tempFile);m_SignInit +;/系统初始化、划定存储容量 if ( m_FileSize 0 )m_FileSystem = new DiskItemm_FileSize;m_FileSyint = new intm_FileSize;for ( int i = 0; i m_FileSize; i+ )m_FileSystemi.sign = 0; /0表示磁盘块没有被分配