《模拟UNIX文件系统的设计及实现》课程设计

*******************实践教学*******************XX理工大学计算机与通信学院2008年秋季学期操作系统原理课程设计题目：模拟UNIX文件系统专业班级：计算机班姓名：xxxxx学号：xxxxxxx指导教师：xxxx成绩：第1页总36页目录1.摘要...........................................................................................................................................22.问题描述...................................................................................................................................23.设计目的...................................................................................................................................24.设计要求.....................................................................................................................................................25.详细设计.....................................................................................................................................................35.1界面设计..............................................................................................................................35.1算法设计................................................................................................................................................36.设计总结..................................................................................................................................................47.参考文献....................................................................................................................................................48.致谢............................................................................................................................................................59.附录.......................................................................................................................................34第2页总36页模拟UNIX文件系统的设计及实现1.课程设计内容多用户的多级目录的文件系统设计。2.概述UNIX采用树型目录结构，每个目录表称为一个目录文件。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UNIX文件系统。我们在内存中开辟一个虚拟磁盘空间(1MB)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。3.课程设计任务及要求3.1.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i节点区文件存储区引导区管理区第3页总36页format格式化文件系统quit退出文件系统3.2.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：format4.算法及数据结构4.1.算法的总体思想本课程设计是要求我们模拟UNIX文件系统功能设计一个虚拟文件系统，依据UNIX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(本课设要求只用到512块)，在位图区占用接近256B(2045位)。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，而第4页总36页且速度较快。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。4.2.系统总体框架图4.3.系统总体流程图第5页总36页4.4.各模块功能说明4.4.1format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。4.4.2get_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。4.4.3init()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quit吗？结束执行format()，建立文件系统NNNYYY第6页总36页或等于可格式化时的空间。将文件系统文件读入虚拟磁盘。4.4.4quit()模块功能：退出文件系统函数quit()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。4.4.5Creat()模块功能：创建文件用法：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。4.4.6open()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。4.4.7close()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。4.4.8write()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。4.4.9read()模块功能：read(fd，buf，len)用法：readfilename,需先打开文件。算法：文件信息.修改读/写指针。4.4.10delete()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。第7页总36页4.5.该文件系统的数据结构和申明函数//用户(20B)typedefstruct{charuser_name[10];//用户名charpassword[10];//密码}User;//i节点(32B)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;//打开文件表(16B)typedefstruct{shortinum;//i节点号charfile_name[10];//文件名short