操作系统课程设计

课程设计报告2015～2016学年第一学期操作系统综合实践课程设计实习类别课程设计学生姓名李旋专业软件工程学号130521105指导教师崔广才、祝勇学院计算机科学技术学院二〇一六年一月-1-起止周18～19周数2实习地点南研1213实验室课程设计目的：操作系统是计算机专业的核心专业课，“操作系统课程设计”是理解和巩固操作系统基本理论、原理和方法的重要的实践环节。操作系统课程主要讲述的内容是多道操作系统的原理与技术，与其它计算机原理、编译原理、汇编语言、计算机网络、程序设计等专业课程关系十分密切。本课程设计的目的综合应用学生所学知识，建立系统和完整的计算机系统概念，理解和巩固操作系统基本理论、原理和方法，掌握操作系统基本理论与管理方式。在算法基础上，解决实际的管理功能的问题，提高学生实际应用、编程的能力。主要任务是实现操作系统和相关系统软件的设计，其中涉及进程创建，同步，进程间的通信，存储管理，文件系统等操作系统概念。课程设计要求：模拟Linux文件系统。在任一OS下，建立一个大文件，把它假象成一张盘，在其中实现一个简单的模拟Linux文件系统。1.在现有机器硬盘上开辟20M的硬盘空间，作为设定的硬盘空间。2.编写一管理程序对此空间进行管理，以模拟Linux文件系统，具体要求如下：（1）要求盘块大小1k正规文件存文件(2)i结点文件类型目录文件(共1byte)块设备管道文件物理地址（索引表）共有13个表项，每表项2byte文件长度4byte联结计数1byte（3）0号块超级块栈长度50空闲盘块的管理：成组链接(UNIX)位示图法(Linux)（4）每建一个目录，分配4个物理块文件名14byte（5）目录项信息i结点号2byte（6）结构：0#：超级块1#－20#号为i结点区20#－30#号为根目录区-2-3.该管理程序的功能要求如下：(1)能够显示整个系统信息，源文件可以进行读写保护。目录名和文件名支持全路径名和相对路径名，路径名各分量间用“/”隔开。(2)改变目录：改变当前工作目录，目录不存在时给出出错信息。(3)显示目录：显示指定目录下或当前目录下的信息，包括文件名、物理地址、保护码、文件长度、子目录等（带/s参数的dir命令，显示所有子目录）。(4)创建目录：在指定路径或当前路径下创建指定目录。重名时给出错信息。(5)删除目录：删除指定目录下所有文件和子目录。要删目录不空时，要给出提示是否要删除。(6)建立文件（需给出文件名，文件长度）。(7)打开文件（显示文件所占的盘块）。(8)删除文件：删除指定文件，不存在时给出出错信息。4.程序的总体流程为：(1)初始化文件目录；(2)输出提示符，等待接受命令，分析键入的命令；(3)对合法的命令，执行相应的处理程序，否则输出错误信息，继续等待新命令，直到键入EXIT退出为止。进度安排及主要内容：第一周：总体有一个方向，大体设计出函数及其实现第二周:详细设计，将各功能完善，完成实验报告成绩：指导教师（签字）年月日-3-一、概述一个目录文件是由目录项组成的。每个目录项包含16B，一个辅存磁盘块(512B)包含32个目录项。在目录项中，第1、2字节为相应文件的外存i节点号，是该文件的内部标识；后14B为文件名，是该文件的外部标识。所以，文件目录项记录了文件内、外部标识的对照关系。根据文件名可以找到辅存i节点号，由此便得到该文件的所有者、存取权、文件数据的地址健在等信息。UNIX的存储介质以512B为单位划分为块，从0开始直到最大容量并顺序加以编号就成了一个文件卷，也叫文件系统。UNIX中的文件系统磁盘存储区分配图如下：0#1#2#…K#K+1#K+2#K+3#…n#本次课程设计是要实现一个简单的模拟Linux文件系统。我们在内存中开辟一个虚拟磁盘空间(20MB)作为文件存储器，并将该虚拟文件系统保存到磁盘上(以一个文件的形式)，以便下次可以再将它恢复到内存的虚拟磁盘空间中。文件存储空间的管理可采用位示图方法。二、设计的基本概念和原理2.1设计任务多用户、多级目录结构文件系统的设计与实现。可以实现下列几条命令login用户登录logout退出当前用户dir列文件目录creat创建文件delete删除文件open打开文件close关闭文件i节点区文件存储区引导区管理区-4-read读文件write写文件mkdir创建目录ch改变文件目录rd删除目录树format格式化文件系统Exit退出文件系统2.2设计要求1)多用户：usr1,usr2,usr3,……,usr8(1-8个用户)2)多级目录：可有多级子目录；3)具有login(用户登录)4)系统初始化（建文件卷、提供登录模块）5)文件的创建：create(用命令行来实现)6)文件的打开：open7)文件的读：read8)文件的写：write9)文件关闭：close10)删除文件：delete11)创建目录（建立子目录）：mkdir12)改变当前目录：cd13)列出文件目录：dir14)退出：logout新增加的功能：15)删除目录树：rd16)格式化文件系统：format2.3算法的总体思想-5-本课程设计是要求我们模拟Linux文件系统功能设计一个虚拟文件系统，依据Linux文件系统的特点，其设计思想是：申请1M的内存空间来虚拟文件系统，将其以512B每块划分2048块，采用位示图管理文件系统的方法，利用其原理将第1块作为位图区(512B)，共有对i节点区和数据块区分别建立位图；每个i节点占16B，每块有512/16=32个i节点，用2、3共两块作为i节点，总共有64个i节点，在位图区占用8B；其余2045块作为数据区，在位图区占用接近256B。文件系统存储区分配图如下：位图区i节点区数据区位图：用0表示未使用，1表示使用；i节点：文件控制块(FCB)，描述文件信息的一个数据结构；数据区：存放用户数据，包括目录文件。位示图用以反映整个存储空间的分配情况，由若干字节构成，每个字节中的每一位对应文件存储器中的一块，“1”状态表示相应块已占用，“0”状态表示该块为空闲。存储块分配时，只要把找到的空闲块所对应的位由0改为1，而在释放时，只要把被释放的物理块所对应的位由1改为0即可。分配和释放都可以在内存的位示图上完成，而且速度较快。磁盘i节点利用在内存中生成链表或者数组的方法来生成，并且限制磁盘节点数的最大值。同样内存i节点利用链表的方法在内存中生成。同时在往文件中写或者读的时候我们都是对内存中有内容进行读写。在该文件系统中，规定一个文件最多只能占用2个数据块，这两个数据块可以是不连续的，其块号记录在一个索引块中，该索引块称为inode结构。读入一个文件时，先根据目录找到相应的i节点号，将i节点读入主存i节点，建立打开文件表指向该主存i节点，再将文件内容读入主存数据区。-6-三、总体设计3.1系统总体框架图3.2系统总体流程图-7-开始文件系统是否建立？在内存中申请1M内存空间将磁盘上的文件系统读入内存YN用户登录模块，输入用户名和密码，可以在程序中设定，不用保存在文件系统中用户名、密码对吗？执行init()，进行初始化操作，进入用户子目录执行command()，对用户输入的命令进行解析和执行。若数据被修改或新建立，则保存主存i节点和数据块的内容到内存的文件系统，并写回磁盘，保存修改。若输入错误命令则显示出错信息。退出用户(logout)吗？用户输入exit吗？结束执行format()，建立文件系统NNNYYY-8-3.3各模块功能说明format模块功能：格式化文件系统，即初始化文件系统，相当于硬盘的格式化。将其中原有的用户及用户下的文件系统全部还原初始状态，即没有任何用户和目录、文件，也就是按设计的文件系统格式重建新的文件系统。get_blknum和release_blk模块功能：实现i节点的分配和回收；算法：当一个新的文件被建立时，在给该文件分配磁盘存储区之前，应为该文件分配存放该文件的说明信息的磁盘i节点。反之，当从文件系统中删除某个文件时，则要首先删除它的i节点项。init()模块功能：进入文件系统算法：初始化用户打开文件系表。在内存中申请一个虚拟存储空间，此空间必须大于或等于可格式化时的空间。将文件系统文件读入虚拟磁盘。exit()模块功能：退出文件系统函数exit()算法：将虚拟磁盘内容保存到磁盘上。释放虚拟磁盘所占据的空间。撤消用用户打开文件表。Create()模块功能：创建文件-9-用法：creatfilename算法：分配一空目录项，分配磁盘块。可用位示图。填写该空目录项。如文件长度（0），文件名，类型等。分配一个用户打开文件表项，并填写相关目录，读写指针=0。open()模块功能：打开文件open()用法：openfilename算法：if（该文件已打开or该文件不存在）报错(出错信息)。分配一个用户打开文件表项。close()模块功能：关闭文件close()用法：closefilename算法：释放该文件的用户占据的内存空间。清空该文件的用户打开文件表目。write()模块功能：写文件write(fd，buf，len)用法：writefilename，需要先打开文件。算法：指定写入内容长度。buf。修改打开文件表读/写指针。修改目录项中的文件长度。read()模块功能：read(fd，buf，len)用法：readfilename,需先打开文件。-10-算法：文件信息.修改读/写指针。delete()模块功能：删除文件delete()用法：deletefilename算法：若文件不存在，报错。回收磁盘空间。回收目录项。四、详细设计4.1该文件系统的数据结构和申明函数typedefstruct{charuser_name[10];//用户名charpassword[10];//密码}User;typedefstruct{shortinum;//文件i节点号charfile_name[10];//文件名chartype;//文件类型charuser_name[10];//文件所有者shortiparent;//父目录的i节点号shortlength;//文件长度shortaddress[2];//存放文件的地址}Inode;-11-//打开文件表typedefstruct{shortinum;//i节点号charfile_name[10];//文件名shortmode;//读写模式(1:read,2:write,3:readandwrite)shortoffset;//偏移量}File_table;//申明函数voidlogin(void);用户登录，如果是新用户则创建用户voidinit(void);程序初始化,将所有i节点读入内存intanalyse(char*);输入参数分析，分析用户命令voidsave_inode(int);将num号i节点保存到虚拟磁盘文件hd.datintget_blknum(void);申请一个数据块voidread_blk(int);将i节点号为num的文件读入tempvoidwrite_blk(int);将temp的内容写入hd.dat的数据区voidrelease_blk(int);释放文件块号为num的文件占用的空间voidpathset();打印当前路径voiddeltree(intinnum);实现删除目录树函数intcheck(int);检查用户权限//用户命令处理函数voidhelp(void);命令提示帮助函数-12-voidcd(void);改变当前目录voiddir(void);显示当前目录下所有文件和目录voidmkdir(void);创建目录voidrd(void);删除目录voidcreat(void);创建文件voidopen(void);打开voidread(void);读文件voidwrite(void);写文件voidclose(void);关闭文件voiddel(void);删除文件voidlogout(void);用户注销voidcomma