微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)多級(jí)文件管理系統(tǒng)

1、山東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)（操作系統(tǒng)）班 級(jí)計(jì)科0805姓 名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師二一一 年 六 月二十四日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書及成績(jī)?cè)u(píng)定課題名稱多級(jí)目錄文件管理系統(tǒng)、題目的目的和要求： 鞏固和加深對(duì)操作系統(tǒng)(os)原理的理解，初步掌握操作系統(tǒng)組成模塊和應(yīng)用接口的使用方法，提高進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析的能力；通過選做上面的課題，實(shí)現(xiàn)os最基本模塊的管理功能，重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、文檔規(guī)范化和程序設(shè)計(jì)風(fēng)格。、設(shè)計(jì)進(jìn)度及完成情況日 期內(nèi) 容6.13-6.15選取參考書，查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)容1部分。 完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書內(nèi)容2-4部分6.166.20創(chuàng)建相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),錄入源程序6.21

2、6.22調(diào)試程序并記錄調(diào)試中的問題，完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書第5部分。6.23系統(tǒng)測(cè)試，演示設(shè)計(jì)成果，考核成績(jī)。6.24整理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書，上午11時(shí)，由學(xué)習(xí)委員交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(計(jì)算機(jī)科學(xué)系9#213或直接交給指導(dǎo)教師)、主要參考文獻(xiàn)及資料1 湯子贏等.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第二版）.西安電子科技大學(xué)出版社,2006.82 馮耀霖等.操作系統(tǒng)，西安電子科技大學(xué)出版社.19923 張堯?qū)W等.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程(第2版).清華大學(xué)出版社,2001.44 譚耀銘.操作系統(tǒng).中國(guó)人民大學(xué)出版社,2003.45 abraham silberschatz,peter galvin & greg gagne,appl

3、ied operating system concepts,higher education press,2002、成績(jī)?cè)u(píng)定：設(shè)計(jì)成績(jī)： （教師填寫）指導(dǎo)老師： （簽字）二一一 年 六 月二十四日目 錄第一章 概述1第二章 系統(tǒng)分析2第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3第四章 程序設(shè)計(jì)流程圖或n-s圖5第五章 調(diào)試過程中的問題及系統(tǒng)測(cè)試情況18第六章 結(jié)束語(yǔ)21第一章 概述本課程設(shè)計(jì)意義 課程設(shè)計(jì)是實(shí)踐性教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它以某一課程為基礎(chǔ)，可以涉及和課程相關(guān)的各個(gè)方面，是一門獨(dú)立于課程之外的特殊課程。課程設(shè)計(jì)是讓同學(xué)們對(duì)所學(xué)的課程更全面的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，理解和掌握課程的相關(guān)知識(shí)。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)一門重要的專業(yè)課

4、，是開發(fā)操作系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。操作系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)非常又必要，可以使學(xué)生通過編程實(shí)驗(yàn)，更加深入得理解和掌握操作系統(tǒng)的基本理論和功能技術(shù)，將相對(duì)抽象的理論應(yīng)用于實(shí)踐，提高分析問題和解決問題的能力，提高編寫和開發(fā)系統(tǒng)程序的能力。第二章 系統(tǒng)分析1 在內(nèi)存中開辟一個(gè)虛擬磁盤空間作為文件存儲(chǔ)器，在其上實(shí)現(xiàn)一個(gè)多用戶多目錄的文件系統(tǒng)。2 文件物理結(jié)構(gòu)可采用顯式鏈接或其他方法。3 磁盤空閑空間的管理可選擇位示圖或其他方法。如果采用位示圖來(lái)管理文件存儲(chǔ)空間，并采用顯式鏈接分配方式，則可以將位示圖合并到fat中。4 文件目錄結(jié)構(gòu)采用多用戶多級(jí)目錄結(jié)構(gòu)，每個(gè)目錄項(xiàng)包含文件名、物理地址、長(zhǎng)度等信息，還

5、可以通過目錄項(xiàng)實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的讀和寫的保護(hù)。目錄組織方式可以不使用索引結(jié)點(diǎn)的方式，但使用索引結(jié)點(diǎn)，則難度系數(shù)為1.2。5 設(shè)計(jì)一個(gè)較實(shí)用的用戶界面，方便用戶使用。要求提供以下相關(guān)文件操作：（1）具有l(wèi)ogin (用戶登錄)（2）系統(tǒng)初始化（建文件卷、提供登錄模塊）（3）文件的創(chuàng)建： create（4）文件的打開：open（5）文件的讀：read（6）文件的寫：write（7）文件關(guān)閉：close（8）刪除文件：delete （9）創(chuàng)建目錄（建立子目錄）：mkdir（10）改變當(dāng)前目錄：cd（11）列出文件目錄：dir（12）退出：logout第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)1數(shù)據(jù)塊在內(nèi)存中的物理結(jié)構(gòu) ty

6、pedef struct fbunsigned fileblockid;/文件塊編號(hào)unsigned block_size; /文件塊的容量char *fileblockaddr; /文件塊地址struct fb *next; /下一個(gè)文件塊的地址 fileblock;2文件索引結(jié)構(gòu) typedef struct unsigned index;/文件元素索引編號(hào)char filenamename_len; /文件元素名char parentnamename_len; /父節(jié)點(diǎn)名unsigned fileblockid;/文件元素所在物理塊編號(hào)unsigned filelevel; /文件元素所

7、在層次，層文件元素名為一個(gè)文件元素邏輯位置unsigned effect; /是否有效，0-無(wú)效，1-有效 fileindexelement;3文件系統(tǒng)中文件元素的結(jié)構(gòu)（含文件夾和文件） typedef struct fsestruct fse *parent; /指向自己的父親節(jié)點(diǎn)unsigned filelevel; /文件元素所在層次，層文件元素名為一個(gè)文件元素的邏輯位置char filenamename_len; /文件元素名unsigned fileblockid;/文件元素所在物理塊編號(hào)unsigned fileelemlen;/文件元素的長(zhǎng)度f(wàn)iletype type;/文件元素

8、類型fileaccess access;/文件元素可供操作的權(quán)限user creator;/文件創(chuàng)建者char createtime18;/創(chuàng)建時(shí)間，日期格式：mm/dd/yy hh:mi:sschar lastmodtime18;/最后一次修改時(shí)間char *filedata;/一個(gè)文件的數(shù)據(jù)開始地址，文件夾時(shí)該值為nullfilestatus filestu;/如果是一個(gè)文件表示文件當(dāng)前的狀態(tài) fselement;4文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) typedef struct char *fsstart;/文件系統(tǒng)的起始地址unsigned superblocksize; /文件系統(tǒng)的容量bitmap bm

9、;/文件系統(tǒng)中的位示圖unsigned block_count;/文件系統(tǒng)中文件塊的數(shù)量fileblock *head;/文件系統(tǒng)中文件塊首地址fileindex fi;/文件系統(tǒng)中的文件索引 superblock;5文件系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài) typedef structuser currentuser;/當(dāng)前用戶unsigned filelevel;/用戶所在文件系統(tǒng)層fselement *currparent;/當(dāng)前層的父節(jié)點(diǎn)char *currentpath;/當(dāng)前路徑 currentstatus;6用戶結(jié)構(gòu) typedef struct char *username;/用戶名稱usert

10、ype ut;/用戶類型 user;第四章 程序設(shè)計(jì)流程圖4.1整體思路概述首先系統(tǒng)要完成初始化的任務(wù)，建立一個(gè)系統(tǒng)，并等待用戶登錄使用文件系統(tǒng)，用戶登錄系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)用戶的用戶名和密碼進(jìn)行驗(yàn)證（允許用戶用限次的嘗試，多最多嘗試五次），如果用戶登錄成功，則系統(tǒng)進(jìn)入命令提示符狀態(tài)，等用戶輸入指令后，系統(tǒng)得用一個(gè)解釋程序按照指定方式處理用戶請(qǐng)求，用戶退出后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入登錄模塊，等待下一位用戶的登錄。4.1.1login (用戶登錄)內(nèi)置9個(gè)用戶名和密碼，用來(lái)驗(yàn)證登錄用戶的身份，用戶登錄成功后會(huì)初始化當(dāng)前用戶等一系列的系統(tǒng)當(dāng)前信息，默認(rèn)用戶的類型為普通用戶，如果用戶未能通過身份驗(yàn)證，提示用戶登錄失敗，

11、退出整個(gè)系統(tǒng)。用戶登錄流程圖4.1.2系統(tǒng)初始化系統(tǒng)的初始化要完成文件系統(tǒng)的建立，包括以下幾部分：請(qǐng)求內(nèi)存、設(shè)置位示圖、初始化文件索引、初始化文本塊鏈表、初始化系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)、創(chuàng)建一個(gè)根目錄做為系統(tǒng)的根。4.1.3文件的創(chuàng)建： create只支持在當(dāng)前目錄創(chuàng)建文件，根據(jù)位示圖找到一個(gè)未使用的文件塊用來(lái)存放用戶的文件信息，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)來(lái)構(gòu)建一個(gè)文件系統(tǒng)元素放入到找到的文件塊中，新創(chuàng)建的文件狀態(tài)為關(guān)閉，同時(shí)更新位示圖和文件索引。文件創(chuàng)建流程圖void create(char *filename)if (strcmp(filename, ) = 0)printf(對(duì)不起，文件名不能為空。n);e

12、lsecreatefileelement(protect, filename, file, null, cs.currparent);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentpath);4.1.4文件的打開：open只支持在當(dāng)前目錄進(jìn)行操作，通過用戶給定的文件名在文件索引中搜索到文件的物理文件塊id，找到該文件元素后，將文件當(dāng)前狀態(tài)置為打開。打開文件流程圖void open(char *path)char display100;for (unsigned i = 0; i filename) & fs.fi.fist

13、arti.filelevel = cs.filelevel & fs.fi.fistarti.effect = 1 & strcmp(fs.fi.fistarti.filename, path) = 0)fselement *fselem = (fselement *)findblankfileblock(fs.fi.fistarti.fileblockid);fselem-filestu = opened;strcpy(display, 文件已打開完畢。n);break;if (strcmp(display, ) = 0)strcpy(display, 當(dāng)前目錄下沒有您要打開的文件。n);p

14、rintf(%sn, display);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentpath);4.1.5文件的讀：read只支持在當(dāng)前目錄進(jìn)行操作，前提是用戶已執(zhí)行文件打開的命令，否則會(huì)提示用戶先打開文件。通過類似的查找方式，找到文件的數(shù)據(jù)部分，將數(shù)據(jù)顯示到界面。讀文件流程圖void read(char *path)char displayblock_size;for (unsigned i = 0; i filename) & fs.fi.fistarti.filelevel = cs.filelevel & fs.

15、fi.fistarti.effect = 1 &strcmp(fs.fi.fistarti.filename, path) = 0)fselement *fselem = (fselement *)findblankfileblock(fs.fi.fistarti.fileblockid);if (fselem-filestu = closed)strcpy(display, 文件尚未打開，請(qǐng)先打開文件。n);elseif (!fselem-filedata | !strcmp(fselem-filedata, )strcpy(display, 文件無(wú)內(nèi)容。n);elsestrcpy(disp

16、lay, fselem-filedata);fselem-filestu = reading;break;if (strcmp(display, ) = 0)strcpy(display, 當(dāng)前目錄下沒有您要打開的文件。n);printf(%sn, display);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentpath);4.1.6文件的寫：write只支持在當(dāng)前目錄進(jìn)行操作，前提是用戶已執(zhí)行文件打開的命令，否則會(huì)提示用戶先打開文件。命令成功后，會(huì)等待用戶的輸入，用戶輸入完畢，使用ctrl+d，結(jié)束輸入，系統(tǒng)會(huì)讀入用戶的

17、輸入內(nèi)容，保存到相應(yīng)的文件塊（注意，如果用戶的輸入太多，會(huì)出現(xiàn)越界或截取用戶輸入一部分的現(xiàn)象）。void write(char *path)char displayblock_size;memset(display, 0, block_size);for (unsigned i = 0; i filename) & fs.fi.fistarti.filelevel = cs.filelevel & fs.fi.fistarti.effect = 1 & strcmp(fs.fi.fistarti.filename, path) = 0)fselement *fselem = (fselemen

18、t *)findblankfileblock(fs.fi.fistarti.fileblockid);if (fselem-filestu = closed)strcpy(display, 文件尚未打開，請(qǐng)先打開文件。n);elseprintf(n注意：文件最大不可以超過 %d 字節(jié)！按ctrl+d結(jié)束編輯。n, block_size - sizeof(fselement);char c;int i = 0;while (c = getchar() != 0x04)displayi+ = c;getchar();/處理回車displayi = 0;strcpy(fselem-filedata,

19、 display);unsigned len=strlen(display)filedata, display, len);fselem-filestu = writing;strcpy(display, 文件寫入成功。n);break;printf(%sn, display);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentpath);4.1.7文件關(guān)閉：close只支持在當(dāng)前目錄進(jìn)行操作，通過用戶給定的文件名在文件索引中搜索到文件的物理文件塊id，找到該文件元素后，將文件當(dāng)前狀態(tài)置為關(guān)閉。void close(char

20、*path)char display100;for (unsigned i = 0; i filename) & fs.fi.fistarti.filelevel = cs.filelevel & fs.fi.fistarti.effect = 1 & strcmp(fs.fi.fistarti.filename, path) = 0)fselement *fselem = (fselement *)findblankfileblock(fs.fi.fistarti.fileblockid);fselem-filestu = opened;strcpy(display, 文件已關(guān)閉。n);br

21、eak;if (strcmp(display, ) = 0)strcpy(display, 當(dāng)前目錄下沒有您要關(guān)閉的文件。n);printf(%sn, display);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentpath);4.1.8刪除文件：delete刪除文件并不真正清理文件的物理存儲(chǔ)內(nèi)容，只是將文件的有效狀態(tài)更改為無(wú)效。刪除文件流程圖void delete(char *path)char display100 = ;for (unsigned i = 0; i filename) & fs.fi.fistarti

22、.filelevel = cs.filelevel & fs.fi.fistarti.effect = 1 &strcmp(fs.fi.fistarti.filename, path) = 0)fs.fi.fistarti.effect = 0;/刪除標(biāo)記strcpy(display, 文件已刪除。n);break;if (strcmp(display, ) = 0)strcpy(display, 當(dāng)前目錄下沒有您要?jiǎng)h除的文件。n);printf(%sn, display);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentp

23、ath);4.1.9創(chuàng)建目錄（建立子目錄）：mkdir只支持在當(dāng)前目錄創(chuàng)建文件，與創(chuàng)建文件有點(diǎn)類似，只是文件夾在文件元素結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)部分為空。同樣會(huì)更新位示圖和文件索引。創(chuàng)建目錄流程圖void mkdir(char *filename)if (strcmp(filename, ) = 0)printf(對(duì)不起，文件夾名不能為空。n);elsecreatefileelement(protect, filename, dir, null, cs.currparent);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentpath);

24、4.1.10改變當(dāng)前目錄：cd只支持進(jìn)入下一層的一個(gè)文件夾和回到父目錄，實(shí)現(xiàn)方式為通過系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，獲取一個(gè)指向目標(biāo)文件夾的指針做為當(dāng)前的父節(jié)點(diǎn)，改變當(dāng)前的路徑為目標(biāo)路徑，改變用戶當(dāng)前所在層。改變當(dāng)前目錄流程圖void cd(char *path)int splitdisplaycou = 0;/分割符出現(xiàn)的次數(shù)if(strcmp(path, .) = 0) /返回上一級(jí)目錄,即父目錄if (cs.filelevel 0)cs.filelevel-;cs.currparent = cs.currparent-parent;for (unsigned i = strlen(cs.current

25、path) - 1; i 0; i-)if (cs.currentpathi = /)splitdisplaycou+;if (splitdisplaycou = 2)/已過濾掉最后一個(gè)目錄名break;char temppath1000 ;strcpy(temppath, cs.currentpath);memset(cs.currentpath, 0, 1000);strncpy(cs.currentpath, temppath, i+1);elsechar display100 = ;for (unsigned i = 0; i filename) & fs.fi.fistarti.fi

26、lelevel = cs.filelevel & fs.fi.fistarti.effect = 1 & strcmp(fs.fi.fistarti.filename, path) = 0)strcpy(display, 文件存在。n);cs.currparent = (fselement *)findblankfileblock(fs.fi.fistarti.fileblockid);cs.filelevel+;strcat(cs.currentpath, path);strcat(cs.currentpath, /);break;if (strcmp(display, ) = 0)/文件夾

27、不存在，什么都不做printf(當(dāng)前目錄下沒有您要進(jìn)入的文件夾。n);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentpath);4.1.11列出文件目錄：dir只支持在當(dāng)前目錄進(jìn)行操作，根據(jù)文件元素的名稱文件元素所在層父節(jié)點(diǎn)可以唯一的標(biāo)識(shí)一個(gè)文件元素的關(guān)系在文件索引中搜索出當(dāng)前層的所有文件元素。void dir(char *path)char display1000;memset(display, 0, 1000);/查找顯示內(nèi)容for (unsigned i = 0; i filename) & fs.fi.fistar

28、ti.filelevel = cs.filelevel & fs.fi.fistarti.effect = 1)strcat(display, fs.fi.fistarti.filename);strcat(display, tt);printf(%sn, display);printf(%slocalhost %s$, cs.currentuser.username, cs.currentpath);4.1.12退出：logout用戶請(qǐng)求退出時(shí)，跳出命令處理，提示用戶退出系統(tǒng)，轉(zhuǎn)入到登錄模塊等待下一個(gè)用戶的登錄。4.2算法流程圖第五章 調(diào)試過程中的問題及系統(tǒng)測(cè)試情況5.1登錄內(nèi)置設(shè)了user

29、1到user8八個(gè)普通用戶和1個(gè)超級(jí)用戶root，密碼與用戶名相同。登錄時(shí)如果輸入用戶名和密碼錯(cuò)誤次數(shù)多于8次，則退出程序。輸入密碼時(shí)采用了一種不回顯的方式，雖然屏幕上沒有顯示輸入的密碼，其實(shí)密碼已經(jīng)輸入了系統(tǒng)，這樣做可以提高系統(tǒng)的安全性。現(xiàn)在用超級(jí)用戶root登錄后出現(xiàn)如下界面：/表示根目錄，$后面可以輸入命令。圖5.15.2新建目錄和列出文件目錄由于第一次啟動(dòng)系統(tǒng)，故根目錄下沒有任何東西，這點(diǎn)可以通過輸入命令dir來(lái)驗(yàn)證，故為了演示，先建立一個(gè)目錄hhh，在$后輸入命令，mkdir hhh，按回車，然后再用命令dir查看根目錄下信息，此時(shí)有一個(gè)文件hhh，如下：圖5.25.3改變當(dāng)前目錄系統(tǒng)啟動(dòng)后，默認(rèn)路徑為根目錄/，此時(shí)若要進(jìn)入剛才新建的目錄hhh，只需輸入命令cd hhh，結(jié)果如下：路徑已由原來(lái)的/變成了/hhh/圖5.35.4文件的創(chuàng)建在目錄hhh下新建一個(gè)名為h的文件，在$后輸入命令create h,再用命令dir列出文件：圖5.45.5文件的打開用命令open h打開文件h:圖5.55.6文件的寫先輸入