1、杭州电子科技大学操作系统课程设计课程设计题目：简单文件系统的实现姓名：徐凯辉班级：12052315学号：12224679学院：计算机学院专业：计算机科学与技术负责老师：贾刚勇报告完成日期：2014.12.30简单文件系统的实现一， 课程设计的目的1. 通过具体的文件爱你存储空间的管理、文件的物理结构、目录结构和文件操作的实现，加深对文件系统内部数据结、功能及实现过程的理解二， 设计要求1. 在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储分区，在其上实现一个简单的基于多级目录的但用户单任务系统的文件系统。在退出文件系统的使用时，应将虚拟文件系统一个 Windows 文件的方式保存到磁盘中，以便下次再将
2、它恢复到内存的虚拟磁盘空间中2. 文件存储空间的分配可采用显示链接分配或其它方法3. 空闲磁盘空间的管理可选择位示图或其它方法4. 文件目录结构采用多级目录结构5. 需要提供一以下操作命令i. Formatii. Mkdiriii. Rmdiriv. Lsv. Cdvi. Createvii. Openviii. Closeix. Writex. Readxi. Rmxii. Exit三， 程序设计思想以及总流程图1. 程序设计思想i. 首先，在文件系统启动时，申请一块较大的内存，用来当作文件系统的磁盘空间ii. 然后，对其进行格式化，虚拟磁盘的空间布局是仿照 FAT16 文件系统，结构如下：
3、1 块 2 块 2 块 995 块引导块 FAT1 FAT2 数据区格式化时，主要包括引导块，FAT1，FAT2，的一些初始化工作例如设置文件魔数，文件系统的信息，FAT1，FAT2 的信息等等iii. 根据用户输入的命令，调用对应的函数.2. 程序流程图程序启动文件系统存在文件系统不存在等待用户输入命令。 。 。四， 系统关键数据结构（1 ）文件控制块 FCB 用于记录文件的描述和控制信息，每个文件设置一个 FCB，它也是文件的目录项的内容。typedef struct FCB /仿照 FAT16 设置的 char filename8; /文件名char exname3;/文件扩展名unsi
4、gned char attribute;/文件属性字段：为简单起见，我们只为文件设置了两种属性：/值为 0 时表示目录文件，值为 1 时表示数据文件unsigned short time;/文件创建时间unsigned short data;/文件创建日期unsigned short first;/文件起始盘块号unsigned long length;/文件长度（字节数）char free；/表示目录项是否为空，若值为 0，表示空，值为 1，表示已分配fcb;（2）文件分配表 FAT 加载文件系统创建新的文件系统并格式化ls Mkdir Create Exittypedef struct F
5、ATunsigned short id;fat;（3）用户打开文件表 USEROPEN当打开一个文件时，必须将文件的目录项中的所有内容全部复制到内存中，同时还要记录有关文件操作的动态信息，如读写指针的值等。在本实例中实现的是一个用于单用户单任务系统的文件系统，为简单起见，我们把用户文件描述符表和内存 FCB 表合在一起，称为用户打开文件表，表项数目为 10，即一个用户最多可同时打开 10 个文件。然后用一个数组来描述，则数组下标即某个打开文件的描述符。另外，我们在用户打开文件表中还设置了一个字段“char dir80”，用来记录每个打开文件所在的目录名，以方便用户打开不同目录下具有相同文件名的
6、不同文件。typedef struct USEROPENchar filename8; /文件名char exname3;/文件扩展名unsigned char attribute;/文件属性：值为 0 时表示目录文件，值为 1 时表示数据文件unsigned short time;/文件创建时间unsigned short data;/文件创建日期unsigned short first;/文件起始盘块号unsigned long length;/文件长度（对数据文件是字节数，对目录文件可以是目录项个数）char free；/表示目录项是否为空，若值为 0，表示空，值为 1，表示已分配/前面
7、内容是文件的 FCB 中的内容。/ 下面设置的 dirno 和 diroff 记录了相应打开文件的目录项在父目录文件中的位置，/这样如果该文件的 fcb 被修改了，则要写回父目录文件时比较方便int dirno; /相应打开文件的目录项在父目录文件中的盘块号 int diroff；/ 相应打开文件的目录项在父目录文件的 dirno 盘块中的目录项序号char dirMAXOPENFILE80; /相应打开文件所在的目录名，这样方便快速检查出/指定文件是否已经打开int count; /读写指针在文件中的位置char fcbstate; /是否修改了文件的 FCB 的内容，如果修改了置为 1，否
8、则为 0char topenfile; /表示该用户打开表项是否为空，若值为 0，表示为空，否则表示已/被某打开文件占据useropen;（4）引导块 BLOCK0在引导块中主要存放逻辑磁盘的相关描述信息，比如磁盘块大小、磁盘块数量、文件分配表、根目录区、数据区在磁盘上的起始位置等。如果是引导盘，还要存放操作系统的引导信息。本实例是在内存的虚拟磁盘中创建一个文件系统，因此所包含的内容比较少，只有磁盘块大小、磁盘块数量、数据区开始位置、根目录文件开始位置等。typedef struct BLOCK0 /引导块内容/存储一些描述信息，如磁盘块大小、磁盘块数量、最多打开文件数等、char infor
9、mation200; unsigned short root; /根目录文件的起始盘块号unsigned char *startblock; /虚拟磁盘上数据区开始位置block0;4全局变量定义（1 ） unsigned char *myvhard： 指向虚拟磁盘的起始地址 （2 ） useropen openfilelistMAXOPENFILE： 用户打开文件表数组（3 ） useropen *ptrcurdir： 指向用户打开文件表中的当前目录所在打开文件表项的位置；（4 ） char currentdir80： 记录当前目录的目录名（包括目录的路径）（5 ） unsigned cha
10、r* startp： 记录虚拟磁盘上数据区开始位置5虚拟磁盘空间布局由于真正的磁盘操作需要涉及到设备的驱动程序，所以本实例是在内存中申请一块空间作为虚拟磁盘使用，我们的文件系统就建立在这个虚拟磁盘上。虚拟磁盘一共划分成1000 个磁盘块，每个块 1024 个字节，其布局格式是模仿 FAT 文件系统设计的，其中引导块占一个盘块，两张 FAT 各占 2 个盘块，剩下的空间全部是数据区，在对虚拟磁盘进行格式化的时候，将把数据区第 1 块（即虚拟磁盘的第 6 块）分配给根目录文件，如图 3-3 所示：引导块F A T 1 F A T 2数据区块数 1 块 2 块 2 块 9 9 5 块图 3-3 虚拟
11、磁盘空间布局五， 系统详细设计、1， 格式化磁盘/ 磁盘格式化函数void my_format()block0 *b0;unsigned char *p;fat *fat1, *fat2;int i;fcb *root, *root0;time_t rawtime;struct tm *timeinfo;FILE *fp;printf(“Start format filesystem .n“);/ 将虚拟磁盘第一个块作为引导块b0 = (block0 *)myvhard;/ 文件系统的魔数memcpy(b0-magic_number, “10101010“, 8);/ 文件系统的描述信息str
12、cpy(b0-infomation, “My FileSystem V1.0n“);b0-root = 5;b0-startblock = myvhard + 5 * BLOCKSIZE;/ 建立两张完全一样的 FAT 表p = myvhard;fat1 = (fat *)(p + BLOCKSIZE); / 第 1 个块fat2 = (fat *)(p + 3 * BLOCKSIZE); / 第 3 个块for (i = 0; i filename, “.“); / 根目录文件名strcpy(root-exname, “di“); / 根目录文件拓展名root-attribute = 0;r
13、awtime = time(NULL); / 获取时间，以秒计，从 1970 年 1 月 1日起算，存于 rawtimetimeinfo = localtime( / 转为当地时间root-time = timeinfo-tm_hour * 2048 + timeinfo-tm_min * 32 + timeinfo-tm_sec / 2; / 文件创建时间root-date = (timeinfo-tm_year - 80) * 512 + (timeinfo-tm_mon + 1) * 32 + timeinfo-tm_mday; / 文件创建创建日期root-first = 5; / 文
14、件起始盘块号root-length = 2 * sizeof(fcb);root-free = 1;/ 复制目录项 . 为 root0 = root + 1;memcpy(root0, root, sizeof(fcb);strcpy(root0-filename, “);root0+;for (i = 2; i filename, “);root0+;/ 写入文件fp = fopen(filename , “w“);fwrite(myvhard, SIZE, 1, fp);fclose(fp);update_openfilelist0();printf(“Format filesystem
15、ok.n“);2， 创建目录a) 调用 do_read 读入当前目录文件到内存，检查新建文件目录是否重名b) 分配一个空闲的打开文件表项c) 分配一个空闲的盘块d) 在当前目录中问新建目录寻找一个空闲的目录项e) 设置 FCB，文件的属性信息f) 创建特殊的两个目录项., g) 返回/ 创建子目录void my_mkdir(char *dirname)int filelen;fcb *fcbptr, fcbtmp, fcbtmp0;char textMAX_TEXT_SZIE, *p;int i, fd;unsigned short numOfBlock;unsigned char *bloc
16、kptr;time_t rawtime;struct tm *timeinfo;fat *fat1;fat1 = (fat *)(myvhard + BLOCKSIZE);/ 调用 do_read()读入当前目录文件内容到内存openfilelistcurrfd.count = 0;filelen = do_read(currfd, (int)openfilelistcurrfd.length, text);fcbptr = (fcb *)text;/ 检查当前目录下新建目录文件是否重名for (i = 0; i filename) = 0)printf(“Error : the dirnam
17、e is already exist.n“);return ;fcbptr+;/ 为新建子目录文件分配一个空闲打开文件表项fd = getFreeOpenfilelist();printf(“Find free openfilelist : %dn“, fd);if (fd filename, “) = 0)break;fcbptr+;openfilelistcurrfd.count = i * sizeof(fcb);openfilelistcurrfd.fcbstate = 1;/ 在当前目录新建目录项strcpy(fcbtmp.filename, dirname);strcpy(fcbt
18、mp.exname, “di“);fcbtmp.attribute = 0;rawtime = time(NULL); / 获取时间，以秒计，从 1970 年 1月 1 日起算，存于 rawtimetimeinfo = localtime( / 转为当地时间fcbtmp.time = timeinfo-tm_hour * 2048 + timeinfo-tm_min * 32 + timeinfo-tm_sec / 2; / 文件创建时间fcbtmp.date = (timeinfo-tm_year - 80) * 512 + (timeinfo-tm_mon + 1) * 32 + time
19、info-tm_mday; / 文件创建创建日期fcbtmp.first = numOfBlock;fcbtmp.length = 2 * sizeof(fcb);fcbtmp.free = 1;do_write(currfd, (char *)(openfilelistcurrfd.length += sizeof(fcb);/ 设置新建目录项的打开文件表项strcpy(openfilelistfd.filename, fcbtmp.filename);strcpy(openfilelistfd.exname, fcbtmp.exname);openfilelistfd.attribute
20、= fcbtmp.attribute;openfilelistfd.time = fcbtmp.time;openfilelistfd.date = fcbtmp.date;openfilelistfd.first = fcbtmp.first;openfilelistfd.length = fcbtmp.length;openfilelistfd.free = fcbtmp.free;openfilelistfd.dirno = openfilelistcurrfd.first;openfilelistfd.diroff = i;strcpy(openfilelistfd.dirfd, op
21、enfilelistcurrfd.dircurrfd);p = openfilelistfd.dirfd;while (*p != 0) p+;strcpy(p, dirname);while (*p != 0) p+;*p = /; p+; *p = 0;openfilelistfd.count = 0;openfilelistfd.fcbstate = 0;openfilelistfd.topenfile = 1;/ 在新建目录文件所分配到的磁盘块中建立“.“和“”blockptr = (unsigned char *)(myvhard + numOfBlock * BLOCKSIZE);
22、fcbptr = (fcb *)blockptr;/ 创建目录项 .strcpy(fcbtmp.filename, “.“); / 根目录文件名strcpy(fcbtmp.exname, “di“); / 根目录文件拓展名fcbtmp.attribute = 0;rawtime = time(NULL); / 获取时间，以秒计，从 1970 年 1月 1 日起算，存于 rawtimetimeinfo = localtime( / 转为当地时间fcbtmp.time = timeinfo-tm_hour * 2048 + timeinfo-tm_min * 32 + timeinfo-tm_se
23、c / 2; / 文件创建时间fcbtmp.date = (timeinfo-tm_year - 80) * 512 + (timeinfo-tm_mon + 1) * 32 + timeinfo-tm_mday; / 文件创建创建日期fcbtmp.first = numOfBlock; / 文件起始盘块号fcbtmp.length = 2 * sizeof(fcb);fcbtmp.free = 1;/ 复制目录项 “.“ 为 “memcpy(strcpy(fcbtmp0.filename, “);fcbtmp0.first = openfilelistcurrfd.first;fcbtmp0
24、.length = openfilelistcurrfd.length;do_write(fd, (char *)(do_write(fd, (char *)(/ 更新当前目录文件的长度openfilelistcurrfd.count = 0;do_read(currfd, (int)openfilelistcurrfd.length, text);fcbptr = (fcb *)text;fcbptr-length = openfilelistcurrfd.length;openfilelistcurrfd.count = 0;do_write(currfd, text, (int)fcbp
25、tr-length, 2);my_close(fd);3， Cd 命令a) Open 指定的目录名，调用 read 读入该父目录到内存b) 检查新的当前目录名是否存在c) 关闭原当前目录d) 设置当前目录为该目录4， Rmdir 命令a) Read 读入当前目录文件内容到内存，检查要删除的文件目录是否存在b) 检查该目录是否为空c) 检查是否已经打开，打开用 close 则关闭d) 回收给目录文件的磁盘块e) 修改该目录文件的目录项f) 修改用户打开表项的长度信息g) 返回5， Ls 命令a) Read 当前目录到内存b) 读出目录文件的信息，显示到屏幕上c) 返回6， Create 命令a)
26、 分配一个空闲的打开文件表项b) 检查新文件的父目录是否打开c) Read 该父目录的文件到内存，并检测新建的文件名是否重名d) 检查是否有空闲盘块e) 寻找空闲的目录项f) 准备好新文件的 FCBg) 调用 close 关闭打开的父目录文件h) 返回7， Rm 命令a) 检查要删除的文件的父目录是否已打开b) Read 父目录到内存c) 检查文件是否打开d) 回收磁盘快e) 清空该文件的目录项f) 修改用户打开文件表项中的长度信息g) 返回8， Open 命令a) 检查该文件名是否存在b) Read 该父目录到内存c) 检查用户打开的文件表中是否有空闲表项d) 为该文件填写空白用户打开文件表
27、项内容e) 返回/ 打开文件int my_open(char *filename)char *fname, *exname, *p;int i, fd;char textMAX_TEXT_SZIE;fcb *fcbptr;int fcblen;char *direxname = “di“;fname = strtok(filename, “.“);exname = strtok(NULL, “.“);if (exname = NULL)exname = direxname;/ 检查该文件是否以及打开for (i = 0; i filename) = 0 fcbptr+;if (i = (int
28、)(fcblen/sizeof(fcb)printf(“Error : The file not exist.n“);return -1;/ 为打开文件分配一个空表项fd = getFreeOpenfilelist();if (fd = -1)return -1;/ 为该文件填写空白用户打开文件表表项，读写指针置为 0strcpy(openfilelistfd.filename, fcbptr-filename);strcpy(openfilelistfd.exname, fcbptr-exname);openfilelistfd.attribute = fcbptr-attribute;op
29、enfilelistfd.time = fcbptr-time;openfilelistfd.date = fcbptr-date;openfilelistfd.first = fcbptr-first;openfilelistfd.length = fcbptr-length;openfilelistfd.free = fcbptr-free;openfilelistfd.dirno = openfilelistcurrfd.first;openfilelistfd.diroff = i;strcpy(openfilelistfd.dirfd, openfilelistcurrfd.dirc
30、urrfd);p = openfilelistfd.dirfd;while (*p != 0) p+;strcpy(p, fname);while (*p != 0) p+;if (fcbptr-attribute = 0)*p = /; p+; *p = 0;else*p = .; p+;strcpy(p, fcbptr-exname);openfilelistfd.count = 0;openfilelistfd.fcbstate = 0;openfilelistfd.topenfile = 1;printf(“The FileHandle is %d.n“, fd);return fd;
31、9， Closea) 检查 fd 的有效性b) 检查用户打开文件表表项的 fcbstate 字段c) 回收该文件占据的用户打开文件表表项d) 返回10， Write 命令a) 检查 fd 的有效性b) 提示用户输入写方式c) 提示用户输入内容d) 调用 do_write（）将键入的内容写入到文件中e) 返回写入的字节数/ 写文件int my_write(int fd)fat *fat1, *fatptr; unsigned char *p;int wstyle, numOfBlock, writelen, temp;char textMAX_TEXT_SZIE;fat1 = (fat *)(m
32、yvhard + BLOCKSIZE);/ 检查 fd 的有效性if(fd MAXOPENFILE)printf(“Error : The file is not exist.n“);return -1;/ 提示并等待用户输入写方式：(1. 截断写, 2. 覆盖写, 3. 追加写)wstyle = 0;while(wstyle 3)printf(“Please select write style:n“);printf(“1. cut writet2. cover writet3. add writen“);scanf(“%d“, getchar();switch(wstyle)case 1:
33、 / 截断写numOfBlock = openfilelistfd.first;/ 释放文件除第一快外的其他磁盘空间内容while (numOfBlock != END)fatptr = fat1 + numOfBlock;numOfBlock = fatptr-id;fatptr-id = FREE;numOfBlock = openfilelistfd.first;fatptr = fat1 + numOfBlock;fatptr-id = END;/ 将内存用户打开文件表项中文件长度修改为 0，将读写指针置为0openfilelistfd.length = 0;openfilelistf
34、d.count = 0;break;case 2: / 覆盖写break;case 3: / 追加写/ 将读写指针移到文件末尾openfilelistfd.count = 0;numOfBlock = openfilelistfd.first;fatptr = fat1 + numOfBlock;temp = fatptr-id;while (temp != END)numOfBlock = temp;fatptr = fat1 + numOfBlock;temp = fatptr-id;openfilelistfd.count += BLOCKSIZE;p = (unsigned char
35、*)(myvhard + numOfBlock * BLOCKSIZE);while (*p != 0)p+;openfilelistfd.count+;break;default:break;printf(“Please input data:n“);/*printf(“ctrl+d is file over.n“);*/writelen = 0;gets(text);if (do_write(fd, text, strlen(text), wstyle) 0)writelen += strlen(text);elsereturn -1;if (openfilelistfd.count (int)openfilelistfd.length)openfilelistfd.length = openfilelistfd.count;openfilelistfd.fcbstate = 1;return writelen;
