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1、操作系统课程设计一、课程设计目的本设计的目的是实现操作系统和相关系统软件的设计，其中涉及进程编程、 I/O操作、存储管理、文件系统等操作系统概念。二、课程设计要求（1）对进行认真分析，列出实验具体步骤，写出符合题目要求的程序清单， 准备出调试程序使用的数据。（2）以完整的作业包的形式提交原始代码、设计文档和可运行程序。提交 的光盘应当包括：设计题目，程序清单，运行结果分析，所选取的算法及其优缺 点，以及通过上机取得了哪些经验。程序清单要求格式规范，注意加注释（包含 关键字、方法、变量等），在每个模块前加注释，注释不得少于20%。课程设计 要求同时上交打印文档，设计报告包括设计题目，算法分析，关
2、键代码及其数据 结构说明，运行结果分析以及上机实践的经验总结。设计一：设计任务：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100M的硬盘空间，作为设定的硬盘空间。2. 编写一管理程序simdisk对此空间进行管理，以模拟Linux文件系统，要求：（1）盘块大小1k（2）空闲盘块的管理：Linux位图法（3）结构：超级块，i结点区，根目录区3. 该simdisk管理程序的功能要求如下：（1）info:显示整个系统信息（参考Linux文件系统的系统信息），文件可以 根据用户进行读写保护。目录名和文
3、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) cd：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) dir：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) md：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) rd：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) newfile： 建立文件。(7) cat：打开文件。(8) copy：拷贝文件，除支持模拟Linux文件系统内部的文件拷贝外， 还
4、支持host文件系统与模拟Linux文件系统间的文件拷贝，host文件系 统的文件命名为 .，如：将windows下D :盘的文件 datasampletest.txt文件拷贝到模拟Linux文件系统中的 /test/data目录，windows下D：盘的当前目录为D： data，则使用命 令：simdisk copy D： datasampletest.txt /test/data或者：simdisk copy D： sampletest.txt /test/data(9) del：删除文件：删除指定文件，不存在时给出出错信息。(10) check:检测并恢复文件系统：对文件系统中的数据一致
5、性进行检测， 并自动根据文件系统的结构和信息进行数据再整理。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。设计二设计任务：模拟文件系统的前端操作shell实现一个简单的shell （命令行解释器）。将设计一的管理程序simdisk作为后台进程运行，利用本设计任务的shell 操作 simdisk。本设计任务在于学会如何实现在前端的shell进程和后端的simdisk进程之 间利用共享内存进行进程间通信（IPC）。设计三：设计任务：模拟文件系
6、统的操作管理实现多个进程同时对模拟文件系统进行操作。设计管理程序simdisk的用户 访问权限管理。访问模拟文件系统的每个进程都属于某个用户，管理程序 simdisk根据其访问权限决定其对模拟文件系统的操作。对模拟文件系统的操作要求做到：共享读，互斥写。本设计任务在于学会如何实现信息的安全管理和进程同步。注：要求从课程设计的整体来考虑设计任务一、二、三，并分阶段实现。开发环境Windows 7Microsoft visual studio 2008、主要实现过程1.概要设计对于开闭100MB的使用空间，对此的理解应该是除了磁盘信息描述意外 的数据储存区域都需要1024*1024*100的空间，
7、故需要在主机生成固定大小 的文件来模拟磁盘。Linux的位图法管理空闲的盘块，要求使用以下结构：超级块、inode 结点区、根目录区。同时，对于一个磁盘，肯定需要有一个存储区域来保存 其整体信息，以便统计以及错误修正，而这个区域保存在磁盘起始位置为最 佳。将这些结构存储于文件中，直接想到的方案是建立对应的类，并用二进 制文件直接将整个类写进文件，通过文件指针的移动，可以将所有结构直接 进行保存和读取，相对于按变量保存和读取的出错率将大大降低。如果将这 些内容也保存到文件，则生成的模拟磁盘文件实际大小必定大于100MB。其 文件设计如下：另外，根据题目要求，需要从整体来考虑设计一、二、三，故为了
8、控制 不同的用户访问，定义一个用户类也是必须的。并且要根据不同的用户给予 不同的访问权限。所以整个系统的访问流程如下图所示:开始格式化装载文件系统分析命令退出格式化进行相应的操作， 直到输入exit等待输入命令2.主要算法及数据结构说明一些简单的数据结构:超级块：记录系统的一些重要数据，每个数据块组都有超级块，系统启动时只将第0块的数据块组的超级块读入内存，每次修改时更新所有数据块组并写回硬盘，所以一般不会出错。struct super_block /inode的总数盘块的总数盘块的大小/空闲块的总数空闲inode的总数unsigned int s_inodes_count;unsigned
9、int s_blocks_count;unsigned int s_log_block_size;unsigned int s_free_blocks_count;unsigned int s_free_inodes_count;unsignedint s_first_data_block; /第一个数据块unsigned int s_blocks_per_group; /每组的盘块数unsigned int s_inodes_per_group; /每组的inode数 ;组描述符：描述各个数据块组的信息，和超级块一起构成了数据块组 struct group_desc unsigned lon
10、g bg_block_addr;本组数据块在数据区的首地址unsigned int bg_block_bitmap;/本组数据块位图所在的块号unsigned int bg_inode_bitmap;本组inode 位图所在的块号unsigned int bg_inode_table;本组inode 表所在的块号unsigned int bg_free_blocks_count; 组中空闲块的数目unsigned int bg_free_inodes_count; 组中空闲inode 的数目;inode节点：描述文件的属性，一个文件对应一个inode, inode数目和数 据块数目一样多，即表
11、示如果每个文件都只有一个数据块这么大，则可以有和数 据块一样多的文件存在；不过本系统的inode和Linux的有点不同，就是记录地 址的是文件的首地址，因为本系统的文件在数据区是连续存放的。struct inodeunsignedshort i_mode;unsignedint i_uid;unsignedint i_size;unsignedint i_blocks;longi_block;booli_change;模式文件的用户ID文件的大小分配给该文件的磁盘块的数目指向磁盘块的起始地址/表示该文件是否修改过,true表示修改过，false表示没有;数据块组：由超级块和组描述符组成stru
12、ct block_groupstruct super_block super_block;/超级块struct group_desc group_desc;/组描述符;文件：包括文件名（普通文件或者目录）和inode号struct file_entrychar nameNAME_LEN;/文件名int inode;/inode 号，即在 inode_table 中的数组下标 ;目录:用于存储指定具体目录所包含文件(包括目录)的数目和具体的文件内容(即 dir_entry)struct dirchar dir_nameNAME_LEN;/ 目录名int inode;/inode号int size
13、;/记录该目录下包含多少个文件(包括目录)struct file_entry file_entryFILE_NUM;具体的文件内容;用户：包括用户权限、ID、密码，系统默认最大用户数目为8个struct userunsigned int mode;用户的模式(权限)int uid;/用户的 IDchar password20;密码;命令：用于存储系统命令，共13个命令struct commandchar com10;一些重要的函数说明：(具体的参见源程序)void format();/用于格式化文件系统void display_sys_info();/ / 显示系统信息bool get_dir
14、name(char*path,int len,int pos,char*name); /根据路径 path 分解出路径 第pos处的文件(或目录)名long block_alloc(int len,int *b_index); /分配数据块，返回成功分配的首地址void block_free(int len,int pos);/释放数据块int i_alloc();/分配 inodevoid i_free(int inode);/释放 inodebool change_dir(char *path_and_dirname,int len); /根据路径 path 改变到指定 目录void di
15、splay(char*path,int len);/ /显示 path 指定的目录内容void make_dir(char*path_and_dir_name,int path_len);/根据指定路径创建目录void remove_dir(char*path_and_dir_name,int path_len); /根据指定路径删除目录void delete_file(char*path_and_file_name,int path_len); /根据指定路径删除文件 void create_file(char *path_and_file_name,int path_len); /根据指定路径创建文件 void open_file(char*path_and_file_name,i
