1、學號10225608115武漢理工大學華夏學院課 程 設 計課程名稱 操作系統(tǒng)課程設計題目 為LINUX 設計一個簡單的二級文件系統(tǒng)專 業(yè) 軟件技術 班 級 2081班 姓 名 成 績 指導教師 趙傳斌、 司曉梅 2011年1月17日 至 2011年1月21日課程設計任務書設計題目：為LINUX 設計一個簡單的二級文件系統(tǒng)設計目的:1、通過一個簡單多用戶文件系統(tǒng)的設計，加深理解文件系統(tǒng)的內部功能及內部實現(xiàn)。2、提高學生的程序設計能力、 提高算法設計質量與程序設計素質 。設計任務：（在規(guī)定的時間內完成下列任務）為LINUX 設計一個簡單的二級文件系統(tǒng)。要求做到以下幾點：1、可以實現(xiàn)下列幾條命令（

2、至少4條）Login用戶登錄Dir列文件目錄Create創(chuàng)建文件Delete刪除文件Open打開文件Close關閉文件Read讀文件Write寫文件2、列目錄時要列出文件名、物理地址、保護碼和文件長度。3、源文件可以進行讀寫保護。時間安排: 1月 17日 布置課程設計任務；分配題目后，查閱資料、 準備程序； 1月 18日1月20 日上機調試程序、書寫課程設計報告；1月21 日上午提交課程設計報告及相關文檔。地點：學校機房（具體見現(xiàn)代教育中心大屏幕安排）具體要求：1、課程設計報告按統(tǒng)一通用格式書寫，具體格式要求請在網絡上查閱2、每位學生應獨立完成各自的任務且每天至少在設計室工作半天指 導 教 師

3、 簽 名： 11年 1月 7日教研室主任（或責任教師）簽名： 11年 1月 7 日目錄一 項目概述4二.課程設計設計題目4三.開發(fā)語言及實現(xiàn)平臺或實驗環(huán)境4四.設計目的4五.設計內容45.1.任務45.2.主程序流程圖5六.程序設計56.1.設計思想56.2.設計要求5七.設計原理67.1.外存管理67.2.linux的EXT2文件系統(tǒng)67.3.用內存來模擬外存67.4.編碼7八.測試界面15九.參考文獻17十.設計心得體會17十一.設計過程中的疑問18十二.指導教師評語18一項目概述Linux是一個性能穩(wěn)定、功能強大、效率高的操作系統(tǒng)。它在功能特性方面與Unix系統(tǒng)相似，同時又具有多任務、多

4、用戶、多平臺等若干特性。Linux的源代碼是開放的，閱讀Linux源代碼,無疑是深入學習Linux的最好方法。 文件系統(tǒng)是Linux操作系統(tǒng)的重要組成部分，Linux文件具有強大的功能。文件系統(tǒng)中的文件是數(shù)據的集合，文件系統(tǒng)不僅包含著文件中的數(shù)據而且還有文件系統(tǒng)的結構，所有Linux 用戶和程序看到的文件、目錄、軟連接及文件保護信息等都存儲在其中。二. 課程設計設計題目課程設計題目：Linux二級文件系統(tǒng)設計三. 開發(fā)語言及實現(xiàn)平臺或實驗環(huán)境開發(fā)語言：C+/VC+實現(xiàn)平臺(環(huán)境)：visual C+、window xp、VMware Workstation(虛擬機) V6.0.2、Red Ha

5、t Enterprise Linux os、office 2003四. 設計目的（1）本實驗的目的是通過一個簡單多用戶文件系統(tǒng)的設計，加深理解文件系統(tǒng)的內部功能和內部實現(xiàn)。（2）結合數(shù)據結構、程序設計、計算機原理等課程的知識，設計一個二級文件系統(tǒng)，進一步理解操作系統(tǒng)。（3）通過分對實際問題的分析、設計、編程實現(xiàn)，提高學生實際應用、編程的能力五. 設計內容5.1. 任務為Linux系統(tǒng)設計一個簡單的二級文件系統(tǒng)。要求做到以下幾點：1.可以實現(xiàn)下列幾條命令：login 用戶登錄dir 列目錄create 創(chuàng)建文件delete 刪除文件open 打開文件close 關閉文件read 讀文件write

6、 寫文件cd 進出目錄2列目錄時要列出文件名，物理地址，保護碼和文件長度3源文件可以進行讀寫保護5.2. 主程序流程圖結束初始化文件目錄表初始化已打開文件表輸入用戶名主文件目錄中又該用戶？輸入文件操作命令分析命令建立子程序打開子程序關閉子程序讀子程序寫子程序刪除子程序開始無此用戶名否是createopenclosereadwritedelete圖1 主程序流程圖六. 程序設計6.1. 設計思想本文件系統(tǒng)采用兩級目錄，其中第一級對應于用戶賬號，第二級對應于用戶帳號下的文件。另外，為了簡便文件系統(tǒng)未考慮文件共享，文件系統(tǒng)安全以及管道文件與設備文件等特殊內容。首先應確定文件系統(tǒng)的數(shù)據結構：主目錄、子

7、目錄及活動文件等。主目錄和子目錄都以文件的形式存放于磁盤，這樣便于查找和修改。用戶創(chuàng)建的文件，可以編號存儲于磁盤上。如：file0,file1,file2并以編號作為物理地址，在目錄中進行登記。6.2. 設計要求理解Linux的文件系統(tǒng)的組織；掌握常用的數(shù)據結構；系統(tǒng)采用兩級目錄，其中第一級對應于用戶賬號，第二級對應于用戶帳號下的文件;使用文件來模擬外存，進行數(shù)據結構設計和操作算法的設計，實現(xiàn)一個文件系統(tǒng)并實現(xiàn)基本的文件操作（為了簡便文件系統(tǒng)，不考慮文件共享，文件系統(tǒng)安全以及管道文件與設備文件等特殊內容）。要求：1、 對程序的每一部分要有詳細的設計分析說明 2、 程序執(zhí)行的每個步驟要有具體的提

8、示內容或輸出3、 源代碼格式規(guī)范，注釋不少于三分之一4、 設計合適的測試用例，對得到的運行結果要有分析，5、 設計中遇到的問題，設計的心得體會6、 提交完整程序代碼、課程設計報告及相關文檔七. 設計原理7.1. 外存管理文件系統(tǒng)是一個含有大量的文件及其屬性，對文件進行操作、管理的軟件，以及向用戶提供使用文件的接口的一個集合。在邏輯上它的層次結構是這樣的：文件系統(tǒng)接口對對象的操作和管理的軟件集合邏輯文件系統(tǒng)基本I/O管理程序（文件組織模塊）基本文件系統(tǒng)（物理I/O層）I/O控制層（設備驅動程序）對象及其屬性說明 作為產品的操作系統(tǒng)有各自的文件系統(tǒng)。比如MS的WINDOWS系列使用的是FAT16、

9、FAT32或NTFS的文件系統(tǒng)、LINUX使用的是EXT2、EXT3文件系統(tǒng)等等。7.2. linux的EXT2文件系統(tǒng)linux使用一個叫虛擬文件系統(tǒng)的技術從而可以支持多達幾十種的不同文件系統(tǒng)，而EXT2是linux自己的文件系統(tǒng)。它有幾個重要的數(shù)據結構，一個是超級塊，用來描述目錄和文件在磁盤上的物理位置、文件大小和結構等信息。inode也是一個重要的數(shù)據結構。文件系統(tǒng)中的每個目錄和文件均由一個inode描述。它包含：文件模式（類型和存取權限）、數(shù)據塊位置等信息。如果希望詳細學習EXT2文件系統(tǒng)可以參看linux內核代碼include/linux/ext2_fs.h、include/linu

10、x/ext2_fs_sb.h等文件。一個文件系統(tǒng)除了重要的數(shù)據結構之外，還必須為用戶提供有效的接口操作。比如EXT2提供的OPEN/CLOSE接口操作。7.3. 用內存來模擬外存真正的文件系統(tǒng)對外存進行管理，涉及到許多硬件、設備管理方面的底層技術，一方面這些技術不屬于操作系統(tǒng)核心內容，一方面過多的內容不免造成實驗者顧此失彼，所以這里推薦一種使用內存來模擬外存的方式，可以跳過這些硬件技術而直接把精力放在數(shù)據結構設計和操作算法設計上面。 假定pInode是一個指向inode結構的指針，而且它已經放入的需要放入的數(shù)值了，現(xiàn)在需要將其寫入到特定位置。可用如下代碼：fd=fopen(“filesyste

11、m”,”w+b”)； /fd是FILE指針類型，w便是寫方式，b表示二進制fseek(fd, specific_area,SEEK_SET)；/ fd是文件指針；specific_area為整形，/ 為需要入pInode的位置fwrite(pInode,1,sizeof(inode),fd)； / 寫入pInode信息7.4. 編碼#include #include #include #define DIR_LENGTH 1024 /*路徑最長可達100字節(jié)*/ #define MAX_WRITE 1024*128 /*寫入文字可達128k字節(jié)*/ #define MEM_D_SIZE 102

12、4*1024 /*1M磁盤空間*/ #define DISKSIZE 1024 /*磁盤塊的大小 1K*/ #define MSD 5 /*最大子目錄數(shù) 5 */ #define DISK_NUM MEM_D_SIZE/DISKSIZE /*磁盤塊數(shù)目 1024=1M/1K*/ #define FATSIZE DISK_NUM*sizeof(struct fatitem) /*FAT表大小 */ #define MOFN 5 /*最大文件打開數(shù) 5 (即除根以外最大深度為5)*/ #define ROOT_DISK_NO FATSIZE/DISKSIZE+1 /*根目錄起始盤快號 9*/ #d

13、efine ROOT_DISK_SIZE sizeof(struct direct)/*根目錄大小 196*/ /*-FAT表項結構-*/ struct fatitem /* size 8*/ int item; /*存放文件下一個磁盤的指針*/ char em_disk; /*磁盤塊是否空閑標志位 0 空閑*/ ; /*-目錄項結構-*/ struct direct /*-文件控制快信息-*/ struct FCB char name9; /*文件/目錄名 8位*/ char property; /*屬性 1位目錄 0位普通文件*/ int size; /*文件/目錄字節(jié)數(shù)、盤塊數(shù))*/ i

14、nt firstdisk; /*文件/目錄 起始盤塊號*/ int next; /*子目錄起始盤塊號*/ int sign; /*1是根目錄 0不是根目錄*/ directitemMSD+2; ; /*-文件打開表項結構-*/ struct opentable struct openttableitem char name9; /*文件名*/ int firstdisk; /*起始盤塊號*/ int size; /*文件的大小*/ openitemMOFN; int cur_size; /*當前打文件的數(shù)目*/ ; /*-*/ struct fatitem *fat; /*FAT表*/ str

15、uct direct *root; /*根目錄*/ struct direct *cur_dir; /*當前目錄*/ struct opentable u_opentable; /*文件打開表*/ int fd=-1; /*文件打開表的序號*/ char *bufferdir; /*記錄當前路徑的名稱*/ char *fdisk; /*虛擬磁盤起始地址*/ int create(char *name); int open(char *name); int close(char *name); int write(int fd,char *buf,int len); int read(int f

16、d,char *buf); int del(char *name); int mkdir(char *name); int rmdir(char *name); void dir(); int cd(char *name); /*-創(chuàng)建文件-*/ int create(char *name) int i,j; if(strlen(name)8) /*文件名大于 8位*/ return(-1); for(j=2;,name) break; if(jMSD+2) /*文件已經存在*/ return(-4); for(i=2;idirectitemi.firstdi

17、sk=-1) break; if(i=MSD+2) /*無空目錄項*/ return(-2); if(u_opentable.cur_size=MOFN) /*打開文件太多*/ return(-3); for(j=ROOT_DISK_NO+1;j=DISK_NUM) return(-5); fatj.em_disk = 1; /*將空閑塊置為已經分配*/ /*-填寫目錄項-*/ strcpy(cur_,name); cur_dir-directitemi.firstdisk = j; cur_dir-directitemi.size = 0; cur_d

18、ir-directitemi.next = j; cur_perty = 0; /*-*/ fd = open(name); return 0; /*-打開文件-*/ int open(char *name) int i, j; for(i=2;,name) break; if(i=MSD+2) return(-1); /*-是文件還是目錄-*/ if(cur_perty=1) return(-4); /*-文件是否打開-*/ for(j=0;jMOFN;j+) if(!strcmp(

19、u_,name) break; if(j=MOFN) /*文件打開太多*/ return(-3); /*-查找一個空閑用戶打開表項-*/ for(j=0;jdirectitemi.firstdisk; strcpy(u_,name); u_opentable.openitemj.size = cur_dir-directitemi.size; u_opentable.cur_size+; /*-返回用戶打開表表項的序號-*/ return(j); /*-關閉文件-*/ int close(char

20、*name) int i; for(i=0;i=MOFN) return(-1); /*-清空該文件的用戶打開表項的內容-*/ strcpy(u_,); u_opentable.openitemi.firstdisk = -1; u_opentable.openitemi.size = 0; u_opentable.cur_size-; return 0; /*-寫文件-*/ int write(int fd, char *buf, int len) char *first; int item, i, j, k; int ilen1, ilen2

21、, modlen, temp; /*-用 $ 字符作為空格 # 字符作為換行符-*/ char Space = 32; char Endter= n; for(i=0;ilen;i+) if(bufi = $) bufi = Space; else if(bufi = #) bufi = Endter; /*-讀取用戶打開表對應表項第一個盤塊號-*/ item = u_opentable.openitemfd.firstdisk; /*-找到當前目錄所對應表項的序號-*/ for(i=2;idirectitemi.firstdisk=item) break; temp = i; /*-存放當前

22、目錄項的下標-*/ /*-找到的item 是該文件的最后一塊磁盤塊-*/ while(fatitem.item!=-1) item =fatitem.item; /*-查找該文件的下一盤塊-*/ /*-計算出該文件的最末地址-*/ first = fdisk+item*DISKSIZE+u_opentable.openitemfd.size%DISKSIZE; /*-如果最后磁盤塊剩余的大小大于要寫入的文件的大小-*/ if(DISKSIZE-u_opentable.openitemfd.size%DISKSIZElen) strcpy(first,buf); u_opentable.open

23、itemfd.size = u_opentable.openitemfd.size+len; cur_dir-directitemtemp.size = cur_dir-directitemtemp.size+len; else for(i=0;i0) ilen2 = ilen2+1; /*-還需要多少塊磁盤塊-*/ for(j=0;jilen2;j+) for(i=ROOT_DISK_NO+1;i=DISK_NUM) /*-如果磁盤塊已經分配完了-*/ return(-1); first = fdisk+i*DISKSIZE; /*-找到的那塊空閑磁盤塊的起始地址-*/ if(j=ilen2

24、-1) /*-如果是最后要分配的一塊-*/ for(k=0;klen-(DISKSIZE-u_opentable.openitemfd.size%DISKSIZE)-j*DISKSIZE;k+) firstk = bufk; else/*-如果不是要最后分配的一塊-*/ for(k=0;kdirectitemtemp.size = cur_dir-directitemtemp.size+len; return 0; /*-讀文件-*/ int read(int fd, char *buf) int len = u_opentable.openitemfd.size; char *first;

25、int i, j, item; int ilen1, modlen; item = u_opentable.openitemfd.firstdisk; ilen1 = len/DISKSIZE; modlen = len%DISKSIZE; if(modlen!=0) ilen1 = ilen1+1; /*-計算文件所占磁盤的塊數(shù)-*/ first = fdisk+item*DISKSIZE; /*-計算文件的起始位置-*/ for(i=0;iilen1;i+) if(i=ilen1-1) /*-如果在最后一個磁盤塊-*/ for(j=0;jlen-i*DISKSIZE;j+) bufi*DI

26、SKSIZE+j = firstj; else /*-不在最后一塊磁盤塊-*/ for(j=0;jlen-i*DISKSIZE;j+) bufi*DISKSIZE+j = firstj; item = fatitem.item; /*-查找下一盤塊-*/ first = fdisk+item*DISKSIZE; return 0; /*-刪除文件-*/ int del(char *name) int i,cur_item,item,temp; for(i=2;,name) break; cur_item = i; /*-用來保存目錄項的序號,供釋放目錄中-*/

27、 if(i=MSD+2) /*-如果不在當前目錄中-*/ return(-1); if(cur_dir-directitemcur_perty!=0) /*-如果刪除的(不)是目錄-*/ return(-3); for(i=0;idirectitemcur_item.firstdisk; while(item!=-1) /*-釋放空間,將FAT表對應項進行修改-*/ temp = fatitem.item; fatitem.item = -1; fatitem.em_disk = 0; item = temp; /*-釋放目錄項-*/ cur_dir-directitemcur

28、_item.sign = 0; cur_dir-directitemcur_item.firstdisk = -1; strcpy(u_opentable.openitemcur_,); cur_dir-directitemcur_item.next = -1; cur_dir-directitemcur_perty = 0; cur_dir-directitemcur_item.size = 0; return 0; /*-創(chuàng)建子目錄-*/ int mkdir(char *name) int i,j; struct direct *cur_mkdir; if

29、(!strcmp(name,.) return(-4); if(!strcmp(name,.) return(-4); if(strlen(name)8) /*-如果目錄名長度大于 8位-*/ return(-1); for(i=2;idirectitemi.firstdisk=-1) break; if(i=MSD+2) /*-目錄/文件 已滿-*/ return(-2); for(j=2;,name) break; if(jMSD+2) /*-如果有重名-*/ return(-3); for(j=ROOT_DISK_NO+1;j=DISK_NUM) ret

30、urn(-5); fatj.em_disk=1; /*-將該空閑塊設置為已分配-*/ /*-填寫目錄項-*/ strcpy(cur_,name); cur_dir-directitemi.firstdisk=j; cur_dir-directitemi.size=ROOT_DISK_SIZE; cur_dir-directitemi.next=j; cur_perty=1; /*-所創(chuàng)目錄在虛擬磁盤上的地址(內存物理地址)-*/ cur_mkdir=(struct direct *)(fdisk+cur_dir-di

31、rectitemi.firstdisk*DISKSIZE); /*-初始化目錄-*/ /*-指向當前目錄的目錄項-*/ cur_mkdir-directitem0.sign=0; cur_mkdir-directitem0.firstdisk=cur_dir-directitemi.firstdisk; strcpy(cur_,.); cur_mkdir-directitem0.next=cur_mkdir-directitem0.firstdisk; cur_perty=1; cur_mkdir-direc

32、titem0.size=ROOT_DISK_SIZE; /*-指向上一級目錄的目錄項-*/ cur_mkdir-directitem1.sign=cur_dir-directitem0.sign; cur_mkdir-directitem1.firstdisk=cur_dir-directitem0.firstdisk; strcpy(cur_,.); cur_mkdir-directitem1.next=cur_mkdir-directitem1.firstdisk; cur_perty=1; cur_mk

33、dir-directitem1.size=ROOT_DISK_SIZE; for(i=2;idirectitemi.sign=0; cur_mkdir-directitemi.firstdisk=-1; strcpy(cur_,); cur_mkdir-directitemi.next=-1; cur_perty=0; cur_mkdir-directitemi.size=0; return 0; /*-顯示當前目錄的子目錄-*/ void dir() int i; for(i=2;idirectitemi.firstdisk!=-1) /*-如果存在子目錄-*/ printf(%st,cur_); if(cur_perty=0) /*-文件-*/ printf(%dttn,cur_dir-directitemi.size); else printf(ttn); 八. 測試界面a.主界面見圖2圖2b.創(chuàng)建文件見圖3圖3c.關閉、打開文件見圖4圖44.創(chuàng)建與列出子目錄見圖5圖55.寫文件、讀文件見圖6圖6