文件系统存储空间管理模拟实验报告

1、课程名称 计算机操作系统 实验名称 文件系统存储空间管理模拟 姓 名 学 号 专业班级 实验日期 成 绩 指导老师 1、 实验目的 根据提出的文件分配和释放请求，动态显示磁盘空闲空间的态以及文件目录的变化，以位示图和索引分配为例：每次执行请求后要求显示或打印位示图的修改位置、分配和回收磁盘的物理块地址、更新的位示图、目录。2、 实验原理 用数组表示位示图，其中的每一位对应磁盘一个物理块的状态，0表示、空闲，1表示分配；当请求分配一个磁盘块时，寻找到数组中为0的位，计算相对磁盘块号，并计算其在磁盘中的物理地址（柱面号、磁道号、物理块号），并将其状态由0变到1。当释放某一物理块时，已知其在磁盘中的

2、物理地址，计算其相对磁盘块号，再找到位示图数组中的相应位，将其状态由1变为0。3、 主要仪器设备 PC机（含有VC）4、 实验内容与步骤实验内容：1. 模拟文件空间分配、释放过程，可选择连续分配、链式分配、 索引分配方法；2. 文件空闲空间管理，可采用空白块链、空白目录、位示图方法；步骤如下：1. 输入磁盘基本信息参数，计算位示图大小，并随机初始化位示图；（1）磁盘基本信息：磁盘柱面数m, 每柱面磁道数p, 每磁道物理块数q；（2）假设采用整数数组存放位示图，则数组大小为：Size= ceil（柱面数*每柱面磁道数*每磁道物理块数）/（sizeof(int)*8） （3）申请大小为size的整

3、数数组map，并对其进行随机初始化。 例如：假设m=2, p=4, q=8, 共有64个磁盘块， 若sizeof(int)=2, 则位示图大小为4，map4如下： 1514131211109876543210map00011010011001010map11010110000110000map2011001110011001map31000100001100110位示图中每一位对应的相对磁盘块号如下图，磁盘块号由小到大对应于数组的低地址到高地址位上。即map0的第0位到第15位分别对应0号磁盘块到15号磁盘块的状态，map1的第0位到第15位对应16号磁盘块到31号磁盘块的状态，以此类推。15

4、14131211109876543210map01514131211109876543210map131302928272625242322212019181716map247464544434241403938373635343332map363626160595857565554535251504948如上表所示， 29号磁盘的状态存在map1中，对应于第13位；2. 输出初始位示图信息；3. 输入文件分配或释放请求， （1）格式：“+ 文件名 申请块数” 或 “ - 文件名 ” “+”表示申请文件分配，“-”表示删除文件 如： + F1 54. 根据请求完成相应操作。 （1）若为分配申请

5、x个盘块，则在位示图中找到x个为0的位，将其修改为“1”，计算相应具体物理设备的柱面号C、磁道号H和物理块号R，并将CHR地址或相对磁盘块号记录在文件目录中。输出位示图修改位置、分配的磁盘块CHR地址、修改后的目录和位示图信息。否则，空间不够，退出执行下一条请求； l 计算公式如下：a. 已知位示图中的下标i , j, 计算相对块号 Block= i*sizeof( int )*8+j b. 已知相对块号计算柱面、磁道、物理块号如下： 柱面号 C= 相对块号/(每柱面磁道数*每磁道物理块数) 磁道号 H= 相对块号%（每柱面磁道数*每磁道物理块数）/ 每磁道物理块数 物理块号 R= 相对块号%

6、每磁道物理块数l 文件目录如下（以索引表分配为例）：文件名首个物理块CHR地址块个数索引表beta(0，0，0)2(0,0,0)(0,0,1)Alpha(2,3,0)3(2,3,0)Toyota43（4 9 12）（Sony文件名首个物理块地址(相对)块个数索引表beta02(0,2,3)Alpha33(3,6,7)Toyota83(8, 9,12)(2）若为删除申请，则从目录中找到要删除的文件所在的目录项，读取索引表，依次读取文件相应的盘块CHR地址, 计算该盘块的相对磁盘块号，再计算其相应信息在位示图中的位置( i,j)，将位示图中的相应位有“1”改为“0”， 并从目录中删除该目录项。输出

7、删除的磁盘块CHR地址、相应位示图修改位置、修改过的位示图和目录。计算过程如下：相对磁盘块号 = 柱面号*每柱面磁道数*每磁道物理块数+ 磁道号*每磁道物理块数+ 物理块号i = 相对磁盘块号/ (sizeof(int)*8)j = 相对磁盘块号% (sizeof(int)*8)5、 实验流程图图一 文件空闲区分配算法图二 文件空闲区回收算法6、 实验代码#include "stdio.h" #include <stdlib.h> #include <conio.h> #include <string.h>int physic100; /

8、文件地址缓冲区int style=1; /文件的类型char cur_dir10="root" /当前目录 struct commandchar com10;cmd13;struct block int n; /空闲的盘快的个数 int free50; /存放空闲盘快的地址 int a; /模拟盘快是否被占用memory20449;struct block_superint n; /空闲的盘快的个数 int free50; /存放进入栈中的空闲块 int stack50; /存放下一组空闲盘快的地址super_block;struct node /i结点信息int file

9、_style; /i结点 文件类型 int file_length; /i结点 文件长度 int file_address100; /i结点 文件的物理地址 i_node640;struct dir /目录项信息char file_name10; /文件名 int i_num; /文件的结点号 char dir_name10; /文件所在的目录 root640;void format() /格式化int i,j,k; super_block.n=50; for(i=0;i<50;i+) /超级块初始化 super_block.freei=i; /存放进入栈中的空闲块 super_bloc

10、k.stacki=50+i; /存放下一组的盘块 for(i=0;i<640;i+) /i结点信息初始化 for(j=0;j<100;j+) i_nodei.file_addressj=-1;/文件地址 i_nodei.file_length=-1; /文件长度 i_nodei.file_style=-1; /文件类型 for(i=0;i<640;i+) /根目录区信息初始化 strcpy(rooti.file_name,""); rooti.i_num=-1; strcpy(rooti.dir_name,""); for(i=0;i&

11、lt;20449;i+) /存储空间初始化 memoryi.n=0; /必须有这个 memoryi.a=0; for(j=0;j<50;j+) memoryi.freej=-1; for(i=0;i<20449;i+) /将空闲块的信息用成组链接的方法写进每组的最后一个块中 /存储空间初始化 if(i+1)%50=0) k=i+1; for(j=0;j<50;j+) if(k<20450) memoryi.freej=k;/下一组空闲地址 memoryi.n+; /下一组空闲个数 注意在memoryi.n+之前要给其赋初值 k+; else memoryi.freej=

12、-1; memoryi.a=0; /标记为没有使用 continue; /处理完用于存储下一组盘块信息的特殊盘块后，跳过本次循环 for(j=0;j<50;j+) memoryi.freej=-1; memoryi.n=0; printf("已经初始化完毕n"); printf("进入UNIX文件模拟.nn"); void write_file(FILE *fp) /将信息读入系统文件中int i; fp=fopen("system","wb"); for(i=0;i<20449;i+) fwrite(

13、&memoryi,sizeof(struct block),1,fp); fwrite(&super_block,sizeof(struct block_super),1,fp); for(i=0;i<640;i+) write(&i_nodei,sizeof(struct node),1,fp); for(i=0;i<640;i+) fwrite(&rooti,sizeof(struct dir),1,fp); fclose(fp);void read_file(FILE *fp) /读出系统文件的信息 int i; fp=fopen("

14、system","rb"); for(i=0;i<20449;i+) fread(&memoryi,sizeof(struct block),1,fp); fread(&super_block,sizeof(struct block_super),1,fp); for(i=0;i<640;i+) fread(&i_nodei,sizeof(struct node),1,fp); for(i=0;i<640;i+) fread(&rooti,sizeof(struct dir),1,fp); fclose(fp);v

15、oid callback(int length) /回收磁盘空间 int i,j,k,m,q=0; for(i=length-1;i>=0;i-) k=physici; /需要提供要回收的文件的地址 m=49-super_block.n; /回收到栈中的哪个位置 if(super_block.n=50) /注意 当super_block.n=50时 m=-1;的值 /super_block.n=50的时候栈满了，要将这个栈中的所有地址信息写进下一个地址中 for(j=0;j<50;j+) memoryk.freej=super_block.freej; super_block.n=

16、0; memoryk.n=50; memoryk.a=0; if(m=-1) m=49; /将下一个文件地址中的盘块号回收到栈底中，这个地址中存放着刚才满栈的地址的信息 super_block.freem=physici; /将下一个文件地址中的盘块号回收到栈中 super_block.n+; void allot(int length) /分配空间 int i,j,k,m,p; for(i=0;i<length;i+) k=50-super_block.n; /超级块中表示空闲块的指针 m=super_block.freek; /栈中的相应盘块的地址 p=super_block.fre

17、e49; /栈中的最后一个盘块指向的地址 if(m=-1|memoryp.a=1) /检测是否还有下一组盘块 printf("内存不足,不能够分配空间n"); callback(length); break; if(super_block.n=1) memorym.a=1; /将最后一个盘块分配掉 physici=m; super_block.n=0; for(j=0;j<memorym.n;j+) /从最后一个盘块中取出下一组盘块号写入栈中 super_block.freej=memorym.freej; super_block.n+; continue; /要跳过

18、这次循环，下面的语句在IF中已经执行过 physici=m; /栈中的相应盘块的地址写进 文件地址缓冲区 memorym.a=1; super_block.n-; void create_file(char filename,int length) /创建文件 int i,j; for(i=0;i<640;i+) if(strcmp(filename,rooti.file_name)=0) printf("文件已经存在，不允许建立重名的文件n"); return; for(i=0;i<640;i+) if(rooti.i_num=-1) rooti.i_num=

19、i; strcpy(rooti.file_name,filename); strcpy(rooti.dir_name,cur_dir); /把当前目录名 给新建立的文件 i_nodei.file_style=style; i_nodei.file_length=length; allot(length); for(j=0;j<length;j+) i_nodei.file_addressj=physicj; break; void create_dir(char filename) /创建目录style=0; /0代表文件类型是目录文件 create_file(filename,4);

20、style=1; /用完恢复初值，因为全局变量，否则void del_file(char filename) /删除文件 int i,j,k; for(i=0;i<640;i+) if(strcmp(filename,rooti.file_name)=0) k=rooti.i_num; for(j=0;j<i_nodek.file_length;j+) physicj=i_nodek.file_addressj; callback(i_nodek.file_length); /调用 回收函数 for(j=0;j<100;j+) /删除文件后要将文件属性和目录项的各个值恢复初值

21、 i_nodek.file_addressj=-1; /地址恢复初值 strcpy(rooti.file_name,""); /文件名恢复初值 rooti.i_num=-1; /目录项的I结点信息恢复初值 strcpy(rooti.dir_name,""); /目录项的文件目录信息恢复初值 i_nodek.file_length=-1; /文件长度恢复 i_nodek.file_style=-1; /文件类型恢复初值 break; if(i=640) printf("不存在这个文件n"); void del_dir(char file

22、name) /删除目录 需要判断目录下时候为空,不为空就不删除 int i,j,k; for(i=0;i<640;i+) /还要加条件判断要删除的目录是不是当前目录 k=rooti.i_num; /找到目录名字 if( strcmp(rooti.file_name,filename)=0 && strcmp(cur_dir,filename)!=0 && (i_nodek.file_style)=0 ) for(j=0;j<640;j+) if(strcmp(filename,rootj.dir_name)=0) printf("目录不为空

23、不能直接删除n"); break; if(j=640) del_file(filename); break; break; if(i=640) printf("这个不是目录文件 或者不存在这个目录,或者你要删除的是当前目录n"); void display_curdir() /显示当前目录下的文件列表 int i,k; printf("tt文件名字 文件类型 文件长度 所属目录n"); for(i=0;i<640;i+) if(strcmp(cur_dir,rooti.dir_name)=0) /查询文件中 所在目录信息和当前目录信息相同

24、的数据 k=rooti.i_num; printf("tt %st",rooti.file_name); /文件名 printf("t%dt",i_nodek.file_style); /文件的类型 printf("%dt",i_nodek.file_length); /文件的长度 printf("%sn",rooti.dir_name); /文件所在的目录 void display_dir(char filename) /进入指定的目录 int i,k; for(i=0;i<640;i+) k=rooti.

25、i_num; /判断文件类型是不是目录类型 if(strcmp(filename,rooti.file_name)=0) && (i_nodek.file_style=0) strcpy(cur_dir,filename); /将要进入的指定目录设置为当前目录 赋值不要反了strcpy(目的，源) break; if(i=640) printf("没有这个目录n"); void open_file(char filename) /打开文件 int i,j,k; printf("tt文件名字 文件类型 文件长度 所属目录n"); for(i

26、=0;i<640;i+) k=rooti.i_num; if(strcmp(filename,rooti.file_name)=0 && (i_nodek.file_style=1) printf("tt %st",rooti.file_name); /文件名 printf("t%dt",i_nodek.file_style); /文件的类型 printf("%dt",i_nodek.file_length); /文件的长度 printf("%sn",rooti.dir_name); /文件所

27、在的目录 printf("tt文件占用的物理地址n"); for(j=0;j<i_nodek.file_length;j+) /显示物理地址 printf("%d ",i_nodek.file_addressj); /文件具体占用的盘块号 printf("n"); break; if(i=640) printf("没有这个文件 或者这个文件不是正规文件n"); void back_dir() /返回上一级目录 int i,k; for(i=0;i<640;i+) /查询和当前目录名相同的目录文件名 k=

28、rooti.i_num; if(strcmp(cur_dir,rooti.file_name)=0 && (i_nodek.file_style=0) strcpy(cur_dir,rooti.dir_name); /将查询到的目录文件名 所在的目录赋值给当前目录 void display_sys() /显示系统信息（磁盘使用情况） int i,m,k=0; for(i=0;i<20449;i+) if(memoryi.a=0) k+; m=20449-k; printf("空闲的盘块数是：t"); printf("%dn",k);

29、 printf("使用的盘块数是：t"); printf("%dn",m); void help() /显示帮助信息printf("*n"); printf("* 以下是文件管理已分配盘块- *n"); printf("* 1.初始化-format *n"); printf("* 2.查看当前目录文件列表-dir *n"); printf("* 3.查看文件-cat-(cat + 空格 + 文件名) *n"); printf("* 4.查看系统信

30、息-ls *n"); printf("* 5.创建目录-md-(md + 空格 + 目录名) *n"); printf("* 6.创建文件-vi-(vi + 空格 + 文件名 + 文件长度) *n"); printf("* 7.删除文件-del-(del + 空格 + 文件名) *n"); printf("* 8.删除目录-deldir-(del + 空格 + 目录名) *n"); printf("* 9.进入当前目录下的指定目录-cd-(cd + 空格 + 目录名) *n"); pr

31、intf("* 10.返回上一级目录-cd. *n"); printf("* 11.显示帮助命令-help *n"); printf("* 12.退出文件模拟-quit *n"); printf("* 13,进入成组链接-guo *n"); printf("*n");int MA4; /*空闲块数组*/int A94=3,1,2,3,3,4,5,6,0,0,0,0,0,0,0,0,3,0,7,8, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; /*磁盘空间*/int mark

32、9; /*存放已分配的块*/int No=0; /*已分配的块数*/void display1() int i,j,temp,count; No=0; if(MA1!=0) i=MA0; printf("ngroup1:"); for(j=1;j<=i;j+) printf("%d ",MAj); mark+No=MAj; temp=MA1; count=2; while(Atemp1!=0) printf("ngroup%d:",count); i=Atemp0; for(j=1;j<=i;j+) printf(&quo

33、t;%d ",Atempj); mark+No=Atempj; count+; temp=Atemp1; printf("ngroup%d:",count); i=Atemp0; for(j=2;j<=i+1;j+) if(Atempj>0) printf("%d ",Atempj); mark+No=Atempj; else i=MA0; if(i=1) printf("nThe blocks are all assigned"); else printf("ngroup1:"); for(

34、j=2;j<=i;j+) printf("%d ",MAj); mark+No=MAj; void display() /*显示分组情况*/ int i,j; if(MA0!=0) display1(); else i=MA1; for(j=0;j<=3;j+) MAj=Aij; display1(); void assign() /*分配空闲块*/ int s,i; if(MA0>1) /*若该组不止一个空闲块*/ i=MA0; s=MAi; MA0-; printf("nnumber of the block:%d",s); els

35、e if(MA0=1) /*只剩一个空闲块*/ if(MA1!=0) /*还有其它空闲块组*/ s=MA1; for(i=0;i<=3;i+) A0i=Asi; MA0-; printf("nnumber of the block:%d",s); else /*没有其它空闲块组*/ printf("nThere isn't any space"); return; else /*当前组已分配完*/ for(i=0;i<=3;i+) MAi=A0i; assign(); display(); /*显示分组情况*/ void callba

36、ck() /*回收空闲块*/ int i,j,temp; printf("ninput the No. of the block you want to callback:"); scanf("%d",&j); getchar(); /*得到待回收的空闲块号*/ for(temp=1;temp<=No;temp+) if(marktemp=j) break; if(temp<No+1) /*若该空闲块已在，退出*/ printf("nThe block is in the disk"); return; if(MA

37、0<3) /*当前组不满3块*/ i=MA0; MAi+1=j; MA0+; else /*已有3块*/ for(i=0;i<=3;i+) Aji=MAi; MA0=1; MA1=j; display(); /*显示*/ int filecontrol();void menu() /*功能选择函数*/ int choice; char judge; printf("文件管理空间管理n"); printf("ninput your choice:(1-assign,2-callback,3-backtofilecontrol):n"); sca

38、nf("%d",&choice); getchar(); if(choice=1) assign(); else if(choice=2) callback(); else if(choice=3) filecontrol(); else printf("ninvalid command!"); printf("ncontinue or not?(y-Yes,n-Not):"); scanf("%c",&judge); getchar(); if(judge='y') menu();

39、 else printf("nNow the graph is:"); display(); printf("npress any key to quit"); getchar(); void guolink() int i; for(i=0;i<=3;i+) MAi=A0i; display(); menu(); int filecontrol() /主函数 int i, j=0,p,len=0; char tmp10,com10,tmp110,k; struct command tmp210; FILE *fp; help(); strcpy(

40、,"format"); /将各个命令存进命令表 strcpy(,"dir"); strcpy(,"cat"); strcpy(,"ls"); strcpy(,"md"); strcpy(,"vi"); strcpy(,"del"); strcpy(,"deldir"); strcpy(,&quo

41、t;cd"); strcpy(,"cd."); strcpy(,"help"); strcpy(,"quit"); strcpy(,"guo"); if(fp=fopen("system","rb")=NULL) /判断系统文件是否存在 printf("can not open filen"); printf("format the disk Y / N n"

42、;); scanf("%c",&k); if(k='y') format(); else read_file(fp); /读取系统文件的内容 while(1) j=0; /必须重新给恢复0否则出错 strcpy(tmp,cur_dir); while(strcmp(tmp,"root")!=0) for(i=0;i<640;i+) p=rooti.i_num; if(strcmp(tmp,rooti.file_name)=0 && (i_nodep.file_style=0) strcpy(,tmp); j+; strcpy(tmp,rooti.dir_name); strcpy(,tmp); f