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1、*实践教学*兰州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： 计算机一班 姓 名： 张树伟 学 号： 06240121 指导教师： 刘嘉 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 .25.1 界面设计 .35.1 算法设计. .36. 设计总结 .37. 参考文献 .48. 致谢 .49. 附录 .22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
2、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
3、+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
4、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：read 8) 文件的写：write9) 文件关闭：close 10) 删除文件：delete11) 创建目录（建立子目录）：mkdir 12) 改变当前目录：cd13) 列出文件目
5、录：dir 14) 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
6、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
7、释放都可以在内存的位示 图上完成，第 4 页 总 36 页而且速度较快。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。4.2. 系统总体框架图4.3. 系统总体流程图
8、第 5 页 总 36 页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NNNYYY4.4. 各模块功能说明4.4.1format 模块功能：格式化文件系
9、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。4.4.2 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。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，此空间必须大于第 6 页 总 36 页或等于可格式化
10、时的空间。将文件系统文件读入虚拟磁盘。4.4.4 quit()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。4.4.5 Creat()模块功能：创建文件用法：creat filename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。4.4.6 open()模块功能：打开文件 open()用法：open filename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。4.4.7 close()模块功能：关闭文件 close()用法：close filename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。4.4.8 write()模块功能：写文件 write(fd，buf ，len)用法：write filename ，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
