大型试验 Unix 文件系统模拟实验报告

1、Unix 文件系统模拟实验报告一实验任务和说明这次实验是操作系统大型实验，要完成的任务是模拟 unix 操作系统中的文件系统功能。在终端界面上用户可以象 unix 的 shell 命令一样输入一些命令，如输入 ls 显示文件目录， chmod 改变文件权限， chown 改变文件拥有者， chgrp 改变文件所属组， chnam 改变文件名， pwd 显示当前目录， cd 改变当前目录， mkdir 创建目录， rmdir 删除目录， mk 创建文件 ,cp 文件拷贝， rm 删除文件， cat 显示文件内容， login 切换用户， passwd修改用户口令 等功能。在后台，要实现混合索引式

2、文件结构，包括用空闲结点号栈管理空闲结点和成组链接发管理空闲盘块。二实验需求分析、设计思路和总体方案1基本思路：用一个文件（ disk.txt ）模拟一个物理硬盘 , 通过对该文件的一系列操作，模拟 UNIX文件系统中的文件操作。2理磁盘块的设计：卷盘块数等于 100 块，每个磁盘块512 字节，磁盘块之间用 /n 隔开，总共是 514 字节。 0#表示超块， 1#-10# 放索引结点，每个索引结点占64 字节，共80 个索引结点。初始化是存在根目录root ，占用了 0#结点和 11#盘块。3空闲磁盘块：采用成组链接法管理。每组 10 块， 12#-99# 分为 9 组，每组的最后一个磁盘块

3、里存放下一组的磁盘号信息。 最后一组只有 8 块，加上 0 作为结束标志。 在超块中用一个一维数组（ 10 个元素）作为空闲磁盘块栈。放入第一组盘块。4空闲 I 结点：采用混合索引式文件结构。 索引结点结构中文件物理地址为六项： 四个直接块号，一个一次间址， 一个两次间址， 其中一次间址和两次间址中一个磁盘块中存放 16 个磁盘号 。在超块中也用一维数组（ 80 个元素）作为空闲 I 结点栈，1与空闲磁盘块管理不同的是这里不用采用成组链接法， 这一维数组中存放所有 I 结点编号，而且一直保持同一大小秩序。根目录占 0#索引结点，由于根目录不会删改，是一直占 0#索引结点，所以我并未按实验指导所

4、说，把它写在超块里，不过写进去也无所谓的。5超块， I 结点和目录结构的设计struct SUPERBLOCK/ 超块int fistack80;/ 空闲结点号栈setw(3)*80int fiptr;/ 空闲结点栈指针 (还有多少个 )setw(3)int fbstack10;/ 空闲盘块号栈setw(3)*10int fbptr;/ 空闲结点栈指针setw(3)int inum;/ 空闲 i 结点总数setw(3)int bnum;/ 空闲盘块总数setw(3);struct INODE/i 结点 (64B) 已保证了每两个数据之间有空格隔开int fsize;/ 文件大小setw(6)i

5、nt fbnum;/ 文件盘块数setw(6)int addr4;/ 四个直接盘块号 (0 512*4=2048) setw(3)*4int addr1;/一个一次间址 ()setw(3)int addr2;/一个两次间址 ()setw(3)char owner6;/ 文件拥有者setw(6)char group6;/ 文件所属组setw(6)char mode11;/ 文件类别及存储权限setw(12)char ctime9;/ 最近修改时间setw(10);struct DIR/目录项 (36B)char fname14;/文件名 (当前目录 )setw(15) (0 14)int ind

6、ex;/i 结点号setw(3)(15 17)char parfname14;/父目录名setw(15)(18 32)int parindex;/ 父目录 i 结点号setw(3)(33 35);i 结点号，其结点结构中的文件盘块数，目录项结构中的父目录名，父目录实可以不要， 基本是不用到或是可以不用的， 但是当我意识到时， 程序已编得差不多了，为了避免牵一发而动全身，只好留着！6用户，密码和组我的用户组信息是存放在另一个文件(user.txt)中的。2三各个主要功能模块( 函数 ) 的说明是程序的主函数模块主函数首先会根据控制文件 control.txt 的头一个位（初始化确定位）来确定是否

7、进行初始化。如果初始化，那么将只有一个根目录。因为一旦初始化后，初始化确定位就会置为 0，所以系统只会在第一次进入时初始化，以后都是在前面建立的文件结构上进行操作的。如果一定要系统初始化时，可把 control.txt 的头一个位置为 1，或者使用命令“ reset”。进入系统时，当前路径是根目录。然后是登陆请求。登陆后，超块读入内存（由一个结构对象 superblock 模拟），进入命令解析层，对用户的不同命令执行不同的操作。退出系统前，把内存的超块再写回 disk.txt 。是程序的所有全局变量、结构、函数声明的模块。也包括了所有要用到的系统库。是定义有关超块、结点、盘块、目录项的底层操作

8、函数的模块。1对结点的操作：int ialloc(void);申请一个 i 结点 返回结点号否则返回 -1。返回的是空闲结点号栈中最小的结点号，结点用完时返回-1，申请失败。void ifree(int index);指定一个结点号，回收一个i 结点。先清空结点，然后插入栈中合适位置（必须保持结点号的有序性）。void readinode(int index,INODE &inode);读指定的 i 结点 ( n#结点，读指针应定位到 514+64*n (64B)+2*(n/8) ) 到 INOE inode 寄存 便于对同一结点的大量操作void writeinode(INODE inode

9、,int index);把 INODE inode 写回指定的 i 结点2对盘块的操作；用的是成组链接法。(n#盘块 读指针应定位到514*n)int balloc(void);申请一个盘块返回盘块号否则返回 -1void bfree(int index);指定一个盘块号，回收一个盘块3对超块的操作；void readsuper(void);3读超块到内存 SUPERBLOCK superblock;void writesuper(void);内存 SUPERBLOCK superblock;写回超块4对目录项的操作 (n#目录项读指针应定位514*index+36*n)void readdi

10、r(INODE inode,int index,DIR &dir);读指定目录项进临时对象DIR dir;void writedir(INODE inode,DIR dir,int index);目录项对象 DIR dir 写到指定目录项是定义初始化函数的模块其中包括了对用户组的初始化：定义三个用户 adm,cnj 和 jtq,其中 adm,cnj 的组为 adm，jtq 的组为 guest。用户的初始密码都为 123。对超块的（ 0#盘块）初始化 、对根目录文件结点（ 0#结点）的初始化 、对数据盘块的初始化。定义了两个功能函数：1登陆bool login(void);要求输入用户信息，并判

11、断是否合法。2改变用户密码void changepassword(void); 改变当前用户的密码。6. file.h:定义了有关文件操作的四个函数1创建文件 void mk(char *dirname,char *content);当前目录下创建一个数据文件 (规定目录文件只占 1 4 个盘块 )。虽然不要求这个函数，但我觉得很有必要。而且，因为我使用了两个参数，前一个表示文件名， 后一个表示文件内容， 可以在文件拷贝里使用这个函数。2删除文件 void rm(char *filename);当前目录下删除指定数据文件3文件拷贝 void cp(char*string);给定一个路径，把那个

12、文件拷贝到当前目录下。首先要使用 dir.h 里面根据路径找到目标的函数（ find(char*string) ）找到对应文件，如果是数据文件的话，记录文件内容到一缓冲区，然后在当前目录下调用创建目录的函数，就完成了。4显示文件内容void cat(char *filename);显示当前目录下指定数据文件的内容。7. dir.h:4定义两个底层函数1bool havesame(char *dirname,INODE inode,int &i,int &index2)判断对象 inode 指向的目录文件盘块中有无该名（ dirname）的目录项存在着，有返回 1 无返回 0。同时，有该目录项的

13、话，则按引用调用的 i 为待删子目录目录项下标 index2 为目录项中的待删子目录的结点号2bool find(char *string)根据路径找到指定文件或目录 。需要注意的是，使用此函数时当前路径跟着改掉了，所以使用前必须保存当前路径。万一找不到目标的话，可以还原为当前路径。定义了有关目录操作的四个功能函数，1void mkdir(char *dirname)当前目录下创建目录 (规定目录文件只占一个盘块。为了降低难度，已设定目录文件只占一个盘块。2void rmdir(char *dirname,int index)当前目录下删除目录。将要删除的目录可能非空。有两种策略：一、规定只能

14、删除空目录。二、递归地将非空目录的所有子目录删除，让后再删除自己。第一种实现较简单，我使用了第二种策略。所以参数为 (子目录名 ,当前结点 )。如果使用第一种策略的话， 参数为只要子目录名就可以了。3void ls(void)显示当前结点的所有子目录4void cd(char *string)改变当前目录。有四中处理过程：string 为“.”切换到当前目录；为“ .”切换到父目录 ；为 “ /” 切换到根目录；如果为一路径的话，就调用 bool find(char *string) 切换到指定目录。8. chsome.h：定义一个底层函数：bool havewpower(INODE inod

15、e)判断当前用户对指定的结点有无写权限定义四个功能函数：1void chmod(char *name)改变当前目录下指定文件的文件权限2void chown(char *name)改变当前目录下指定文件的文件拥有者 (如拥有者在另一个组， 那么组也要改掉 )3void chgrp(char *name)改变当前目录下指定文件的文件所属组4void chnam(char *name)改变当前目录下指定文件的文件名5命令解析层函数模块。接受用户命令，执行不同的操作。四命令格式及运行结果一开始为登陆请求。可选用户为： adm cnj jtq 密码都是 123 登陆后在根目录1pwd 显示当前目录2m

16、ksome 创建 bin dev 等 6 个目录这是我自己为方便添加的功能，2ls 显示当前目录下所有子目录3mkdirdirname 创建目录4mkfilename 创建数据文件5rmdirdirname 删除目录6cd .切换当前目录基本没用处cd .切换到父目录cd 子目录名切换到子目录cd /切换到根目录cd 绝对路径切换到指定目录6cp 路径把路径指定的文件拷贝到当前目录下7cat filename 显示当前目录下指定数据文件的内容6chmod name 改变当前目录下指定文件或目录的权限模式chown name 改变当前目录下指定文件或目录的拥有者chgrp name 改变当前目录

17、下指定文件或目录的所属组个人认为没用。可能是还不理解其用途。chnam name 改变当前目录下指定文件或目录的名字12rmfilename 删除当前目录下指定文件13login当前用户注销新用户登陆14reset 系统重置既是把初始化函数执行一下15exit 安全退出系统。如果不是安全退出的话，超块不会写回内存。下次进入必须要系统重置五心得体会这次实验是有生以来写的最长的代码。多达1700 行。至少花了本人一个半星期的时间。其中还包括两次通宵，n 次夜班。写完后，自己都不敢相信自己写了那么多。很有成就感。嘎嘎其实，上课认真听了的话，从理论上理解UNIX 文件系统并不难，最多是多看几遍书， 多

18、查查资料，难的是用代码去解决具体问题。以前编程是有具体算法的，就算不理解都能搞定。这次就不行了，只给出问题。那么，要编好程序，除了经验，就要求非常深的本质上的理解了。编程过程中碰到很多问题，例如文件流的操作。本来还以为对文件流懂得差不多了，这次实验又出现问题：1.单 ios:out 摧毁原文7件的问题。 2.不能同时打开两个文件流的问题。等！都耗了不少时间才发现并纠正的。这次实验不仅让我大大加深了对操作系统这门课的理解，更重要的是提高了我编程序，特别是系统程序的能力！六 C+源代码1. main.cpp#include head.h#include blockinodesuperblock.h

19、#include initial.h#include userop.h#include file.h#include dir.h#include command.h#include chsome.h/void main()control.open(control.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate); int i;controli;control.close();if(i!=0)/ 不为 0 就初始化initial();control.open(control.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate); control.see

20、kp(0);control0;/ 默认是上次基础上继续下去不用再初始化 control.close();strcpy(curname,root);/当前目录文件名为 root road0=0;/当前目录路径 (存放从根目录到这里的结点号 )num=1;/最后位 roadnum-1为当前目录文件i 结点号cout请登陆系统 n;while( !login() )/ 登陆为止8coutwrong !n;coutlogin successendl;cout*Welcome auser0)int temp=superblock.fistack80-superblock.fiptr;/ 当前可用 sup

21、erblock.fistack80-superblock.fiptr=-1;superblock.fiptr-;return temp;return -1;/void ifree(int index)/ 指定一个结点号，回收一个i 结点disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate );/清空结点 disk.seekp(514+64*index+2*(index/8); disksetw(64) ;disk.close();for(int i=80-superblock.fiptr;i80;i+)/ 结点号找到合适位置插入空闲结点号栈if(

22、superblock.fistacki 是记录盘块了/是最后记录盘块最后号0（保留作栈底分配不成功）if(temp=0)return -1;superblock.fbstack10-superblock.fbptr=-1;superblock.fbptr=0;/盘块内容读入栈for(int i=0;i10;i+)int id,num=0;disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate );/先计算盘块内容个数num（最多 10），最后盘块可能不到10 个disk.seekg(514*temp);for(int i=0;iid;num+;if

23、(id=0)break;disk.seekg(514*temp);/盘块内容读入栈for(int j=10-num;jid;superblock.fbstackj=id;superblock.fbptr=num;disk.close();10disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate );/清空回收盘块disk.seekp(514*temp);disksetw(512)盘块使用掉superblock.fbstack10-superblock.fbptr=-1;superblock.fbptr-;return temp;/ void bf

24、ree(int index)/ 指定一个盘块号，回收一个盘块 disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate );/清空回收盘块 disk.seekp(514*index);disksetw(512) ;disk.close();if(superblock.fbptr=10)/ 栈已满栈中内容记入回收盘块栈清空disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate );disk.seekp(514*index);for(int i=0;i10;i+)disksetw(3)superblock.f

25、bstacki;superblock.fbstacki=-1;disk.close();superblock.fbptr=0;/ 回收盘块压栈superblock.fbstack10-superblock.fbptr-1=index;superblock.fbptr+;/11/ void readsuper()/读超块到内存 disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate);int i;for(i=0;isuperblock.fistacki;disksuperblock.fiptr;/ 空闲结点号栈指针for(i=0;isuperbloc

26、k.fbstacki;disksuperblock.fbptr;/空闲盘块号栈指针disksuperblock.inum;/空闲结点号总数disksuperblock.bnum;/空闲盘块号总数disk.close();/ void writesuper()/内存写回超块 disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate);int i;for(i=0;i80;i+)/ 写空闲结点号栈disksetw(3)superblock.fistacki;disksetw(3)superblock.fiptr;/ 空闲结点号栈指针 for(i=0;i10

27、;i+)/ 写空闲盘块号栈disksetw(3)superblock.fbstacki;disksetw(3)superblock.fbptr;/空闲盘块号栈指针disksetw(3)superblock.inum;/空闲结点号总数disksetw(3)inode.fsize;/文件大小diskinode.fbnum;/ 文件盘块数 = 目录文件为 1 数据文件 14 都有 for(int i=0;iinode.addri;diskinode.addr1;/一个一次间址 ()= 不使用了diskinode.addr2;/一个两次间址 ()= 不使用了diskinode.owner;/文件拥有者

28、diskinode.group;/文件所属组diskinode.mode;/ 文件类别及存储权限diskinode.ctime;/最近修改时间disk.close();/void writeinode(INODE inode,int index)/ 把 INODE inode 写回指定的 i 结点disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate); disk.seekp(514+64*index+2*(index/8);disksetw(6)inode.fsize;/文件大小disksetw(6) 目录文件为 1 数据文件14 都有for(i

29、nt i=0;i4;i+)/ 四个直接盘块号disksetw(3)inode.addri;disksetw(3) 不使用了disksetw(3) 不使用了disksetw(6)inode.owner;/文件拥有者disksetw(6)inode.group;/文件所属组disksetw(12)inode.mode;/ 文件类别及存储权限disksetw(10)dir.fname;diskdir.index;diskdir.parfname;diskdir.parindex;disk.seekp(514*inode.addr0+36*index);disksetw(15) ;disksetw(3

30、) ;disksetw(15) ;disksetw(3) ;disk.close();/void writedir(INODE inode,DIR dir,int index)/ 目录项对象写到指定目录项disk.open(disk.txt,ios:in | ios:out | ios:nocreate ); disk.seekp(514*inode.addr0+36*index);disksetw(15)dir.fname;disksetw(3)dir.index;disksetw(15)dir.parfname;disksetw(3)dir.parindex;disk.close();/3

31、.command.h/void getcommand() /命令解析函数char commond10;bool have;14for(;)/ 接受并解释命令have=false;/记录命令接受否coutn;printroad();cout;cincommond;if( !strcmp(commond,cd) )/ 改变当前目录 *( 文件名切换到子目录.切换到父目录/切换到根目录 )须切换到目录文件have=true;char string100;/cinstring;cd(string);if( !strcmp(commond,mksome) )/ 构建基本文件结构have=true;cou

32、tbin;mkdir(bin);coutndev;mkdir(dev);coutnlib;mkdir(lib);coutnetc;mkdir(etc);coutnusr;mkdir(usr);coutdirname;mkdir(dirname);if( !strcmp(commond,rmdir) )/ 删除目录 * 当前目录下删除 have=true;char dirname14;cindirname;rmdir(dirname,roadnum-1);15if( !strcmp(commond,mk) )/ 创建数据文件 *( 规定目录文件只占1 4 个盘块 )当前目录下创建have=tru

33、e;char filename14;cinfilename;/理论上可输入1 4 盘块的内容char content2048;coutcontent;mk(filename,content);if( !strcmp(commond,cp) )/ 文件拷贝 *( 把指定目录下的指定文件拷贝到当前目录下 )have=true;char string100;/ cinstring;cp(string);if( !strcmp(commond,rm) )/ 数据文件删除 * 当前目录下删除have=true;char filename14;cinfilename;rm(filename);if( !s

34、trcmp(commond,cat) )/ 显示文件内容 (当前目录下指定数据文件)have=true;char filename14;cinfilename;cat(filename);if( !strcmp(commond,chmod) )/ 改变文件权限have=true;char name14;cinname;chmod(name);if( !strcmp(commond,chown) )/ 改变文件拥有者 (如拥有者在另一个组，那么组也要改掉 )have=true;16char name14;cinname;chown(name);if( !strcmp(commond,chgrp) )/ 改变文件所属组 (?)have=true;char name14;cinname;chgrp(name);if( !strcmp(commond,chnam) )/ 改变文件名have=true;char name14;cinname;chnam(name);/* 对当前目录的操作 */if( !strcmp(commond,pwd) )/ 显示当前目录h