文件管理实验报告.doc

昆明理工大学信息工程与自动化学院学生实验报告
（ 2011 —2012 学年 第 二 学期 ）
课程名称：操作系统 开课实验室：信自楼444 2012 年5 月28日
年级、专业、班
计科101
学号
201010803116
姓名
李力
成绩

实验项目名称
文件管理
指导教师
杨云飞
教师评语

教师签名：
年 月 日
一、实验目的
用C或C++语言编写和调试一个简单的文件系统，模拟文件管理的基本功能。从而对各种文件操作命令的实质内容和执行过程有比较深入的了解。
二、实验原理及基本技术路线图（方框原理图)
用C模拟实现文件系统的管理；要求设计一个多级目录结构的文件系统,能正确描述文件控制块，采用合理的外存分配方式，能实现基本的目录及文件的操作，包括创建、删除、重命名、复制、移动等功能,并对文件有一定的存取权限控制.
请加上程序功能结构图、流程图、数据结构定义、主要变量的说明、函数的说明等

流程图：

开始

输入用户名

在MFD中找到该用户名

显示该用户名UFD中所有文件

初始化AFD

操作
命令

CREATE DELTET OPEN CLOSE READ WRITE

保护当前文件目录

结束

主要数据结构
界面采用VC6 MFC环境开发
＃define MAXFILE 20 //每个用户最多保存20个文件
#define MAXUSER 10 //假想文件系统最多支持的人数
#define BLOCKSIZE 32 //虚拟磁盘中物理块为每块32字节
＃define DISKSIZE BLOCKSIZE＊1000 //虚拟磁盘容量为1000＊32=32K
struct UFD //说明文件项的结构数组
｛
char FileName[15］;
char Time[16］； //文件建立或修改时间 如2003/5/6 12：00
bool IsExist； //文件是否存在，删除时标为0
bool IsShared; //共享标记,共享文件可被其它用户所访问
bool AttrRead； //文件是否可读
bool AttrWrite； //文件是否可写
bool AttrExecute； //文件是否可执行
HTREEITEM treeNode； //用于树控件显示的结点句柄
USHORT FileLen; //文件占用字节数
USHORT BlockNum; //文件占用的物理块数
USHORT FileLink[100];//文件物理块地址数组,每块32字节，限定一个文件最大100*32=3200字节
｝;
struct MFD
｛
char UserName［10］; //主目录用户名
bool IsExist; //该用户否存在
UFD ufd[MAXFILE］； //用户文件数组
USHORT nItem;//UFD个数
｝；
struct HEADBLOCK
{
BYTE pStack； //堆栈指针
SHORT pBlock[10]; //块号 pBlock[10]是下一个盘块号逻辑地址
};
struct BLOCK //虚拟磁盘的物理块数据结构
｛
union{
BYTE block［32］;　　　　　　　　//一块为32字节
HEADBLOCK HeadInfo;
｝；
｝;
struct FAT
｛
BLOCK SuperBlock; //超级块，指示第一个空闲块逻辑号
USHORT MaxOpen； //该用户同时可打开的最大文件数
USHORT UserNum; //最户数
MFD Mfd[MAXUSER]； //最多可支持10个用户
｝；
//空闲块成组链接法
bool OpenList［MAXUSER］[MAXFILE]；　//描述文件是否打开的布尔型数组
FAT FileFAT；　　　　　　　　　　 //描述文件记录项的FAT结构
CFile FATIO; //负责和VDISK。DAT打交道的文件句柄
CString CurrentUser; //当前登录的用户名
Int CurrentID； //前前登录的用户标识号

说明:本实验采用模拟文件结构的方法,把记录用户帐号，用户文件和磁盘块的信息用当前目录下的VDISK.DAT来记录,可以把VDISK。DAT看成是一个虚拟的磁盘，其头部是FAT结构，用来记录各个用户和文件信息，紧接着是空闲块成组链接法的数据结构,每块32字节,每组10块,共1000块，也就是说，用户文件数据的总容量是32＊1000字节,如果程序当前目录下找不到用于做实验用的VDISK。DAT，在登录时程序会提示是否“格式化虚拟磁盘”也就是新建一个VDISK。DAT文件，接着，程序会显示“用户管理”的窗口，此时应新建几个帐号用于登录做实验.
登录后，程序会显示该用户的所有文件，右方的文件列表会显示每个文件的属性信息，和WINDOWS的“资源管理器”相似.用鼠标双击列表的每个文件就可以查看文件的内容。单击“新建文件”按钮可以创建一个新的用户文件.
选中某个文件后，就可以进行相应的操作，如“修改文件”、“删除文件”或是“打开文件"，删除某个文件时检查该文件的属性,如果是只读的，就是显示警告窗口让用户确认是否一定要删除。
硬盘工具可以用图形方式显示“磁盘”块的详细情况，空白块说明该块没有使用,暗红色的说明块已分配，窗口还统计占用的空间大小、用户数等信息。
程序中用到的结构图如下图所示:

MFD
用户1
用户2
用户3
……
用户n
char UserName[10]
bool IsExist
USHORT nItem
UFD ufd［MAXFILE］

文件管理表
UFD

char FileName［10］
char Time[16]
bool IsExist
bool IsShared
bool AttrRead
bool AttrExecute
USHORT FileLen
USHORT BlockNum
USHORT FileLink［100］

这些信息保存在虚拟磁盘文件VDISK.DAT中的前sizeof（FAT）字节

物理块1
物理块2
。。.
物理块n

虚拟磁盘交换文件

32字节
32字节
32字节
32字节
32字节
32字节
32字节
32字节
32字节
32字节

空闲块成组链接法
每组10块，每块占32字节

栈0 　栈1 　栈顶 　栈9

其它
堆栈指针
块号
块号
…
块号
…
块号
其它

sizeof(块号）＊10+sizeof(堆栈指针）=22字节〈32字节

SuperBlock

组头

组头

尾部空块
三、所用仪器、材料（设备名称、型号、规格等).
计算机一台

四、实验方法、步骤

void CDlgUser::OnAddUser（）
{
UpdateData（true);
if （FileFAT。UserNum〉=10）
｛
AfxMessageBox("用户数量已达到最大10个，你可以删除一些无用的帐号!”）；
return;
}
for(int i=0；i<10；i++)
{
if（FileFAT.Mfd［i］。IsExist==false)
{
wsprintf(FileFAT.Mfd[i]。UserName，m_UserName);
FileFAT.Mfd［i]。IsExist=true;
FileFAT.Mfd[i］。nItem=0；
break;
｝
｝
FileFAT。UserNum++;
WriteFAT（）;
ReadFAT();
ShowUser（)；//显示现有的用户列表
m_UserName.Empty(）；
UpdateData(false)；
}
bool ReadBlock(int id， BLOCK＊ buffer） //读指定块号内容(32字节）到buffer所指向的单元
{
if(！FATIO） return false;　　//如果虚拟磁盘文件句柄为空，出错返回
if（！FATIO。Seek（sizeof（FAT)+(id—1)*BLOCKSIZE，CFile：：begin)） return false;//移动文件指针到指定块号
if(FATIO。Read(buffer,BLOCKSIZE)！=BLOCKSIZE） return false；//读该块的内容到buffer指定的单元
return true;
｝
bool WriteBlock（int id, BLOCK＊ buffer） //把buffer所指向的单元的内容(32字节）写到指定的物理块中
{
if（!FATIO) return false；
if(!FATIO。Seek(sizeof(FAT）+(id—1)*BLOCKSIZE，CFile::begin）) return false;
FATIO。Write(buffer,BLOCKSIZE）;
return true；
}
USHORT AllocBlock() //分配一物理块,成功返回逻辑块号，失败返回0;
｛
if（！FileFAT。SuperBlock。HeadInfo.pBlock[FileFAT.SuperBlock.HeadInfo.pStack]) return 0；
//没有空间可分配，失败返回
if(FileFAT。SuperBlock。HeadInfo.pStack〈9)//如果一组的空闲块没有分配完
｛
WriteFAT(）；
//将返回超级块所指的空闲块，再将堆栈指针加一
return FileFAT。SuperBlock.HeadInfo。pBlock［FileFAT.SuperBlock.HeadInfo。pStack++];
｝
else　　//如果分配的空闲块是组头
｛
WriteFAT（)；
USHORT returnBlock=FileFAT。SuperBlock.HeadInfo。pBlock［9]；
//将要分配的组头复制到超级块，再返回组头作为空闲块
if(！ReadBlock（returnBlock，＆FileFAT。SuperBlock)） return 0；
return returnBlock；
｝
WriteFAT（）；
return 0;
｝
bool FreeBlock(USHORT BlockID) //回收一物理块，成功返回TRUE，失败返回FALSE
｛
if（FileFAT。SuperBlock.HeadInfo.pStack〉0)//如果该组的空闲没有回收满
{
//堆栈指针退一，把回收的块号记入超级块
FileFAT。SuperBlock。HeadInfo。pBlock[—-FileFAT。SuperBlock。HeadInfo.pStack]=BlockID；
BLOCK newBlock;
　//把回收的块内容清空
if (！WriteBlock(BlockID,&newBlock）） return false；
｝
else//如果该组已回收满,需要加入一新组的话
{
if （!WriteBlock(BlockID，&FileFAT.SuperBlock）) return false；//将超级块的栈内容复制到要回收的块中
FileFAT.SuperBlock。HeadInfo。pStack=9;//将超级块的栈指针指向回收的块
FileFAT。SuperBlock。HeadInfo.pBlock［9］=BlockID;
}
WriteFAT（）；
return true;
｝
bool ReadFAT（)　　//从虚拟磁盘中读取FAT结构信息到FileFAT中
｛
ZeroMemory(&FileFAT，sizeof(FileFAT））;
FATIO.SeekToBegin()；
if (！FATIO.Read（＆FileFAT，sizeof(FileFAT）)） return false；
return true；
}
bool Format()　　　//格式化虚拟磁盘，创建VDISK.DAT，所有用户和文件信息将被清空！
｛
CString FATFile；
int i;
char fname［128]；
GetCurrentDirectory(128,fname)； //FAT表信息保存在当前目录的VDISK。DAT中
FATFile.Format（”%s",fname);
if （FATFile。Right(1）！="\\"）
FATFile+=”\\VDISK.DAT”；
else
FATFile+="VDISK.DAT";
CFile fout；
if( ！fout。Open（FATFile,CFile::modeCreate｜CFile：:modeWrite，NULL））
return false;
ZeroMemory(&FileFAT,sizeof(FileFAT))；
FileFAT。SuperBlock。HeadInfo。pStack=0；
for(i=0；i<10;i++)
{
FileFAT。SuperBlock.HeadInfo。pBlock［i］=i+1；
｝
fout。WriteHuge（＆FileFAT,sizeof（FileFAT））；
BYTE ＊Buffer;
Buffer=(BYTE*)malloc（DISKSIZE）;//申请成组链接法所需的磁盘块空间
ZeroMemory(Buffer，DISKSIZE）；
BLOCK newBlock；

for (i=10;i〈=990；i+=10)
{
ZeroMemory(&newBlock,sizeof（newBlock））；
newBlock。HeadInfo.pStack=0；
for (int k=0;k<10;k++)
newBlock。HeadInfo.pBlock[k]=i—9+k;
memcpy（Buffer+32*（i-1），&newBlock，32);
｝
fout。WriteHuge(Buffer，DISKSIZE)； //将格式化的块信息写入VDISK.DAT
free(Buffer）；
fout。Close（）;
AfxMessageBox("创建虚拟磁盘文件成功!请选择用户管理添加新用户。”)；
return true;
}
//StartIO(）用于完成与虚拟磁盘的IO的初始化工作
void StartIO(） //打开VDISK.DAT文件，把该文件句柄保存在全局变量中,如果该文件不存在，创建并初始化该文件。
｛
CString FATFile;
char fname[128］；
GetCurrentDirectory(128，fname）； //FAT表信息保存在当前目录的VDISK。DAT中
FATFile。Format（”％s”,fname）；
if (FATFile.Right（1）！=”\\"）
FATFile+="\\VDISK.DAT”；
else
　 FATFile+=”VDISK。DAT”;
bFormated=true；
if （!FileExist(FATFile)）
{
AfxMessageBox(”当前目录下找不到VDISK.DAT,该文件是用来模拟磁盘及文件管理表。\n单击确定创建新的虚拟磁盘文件！"）;
bFormated=false；
if (!Format()）
｛
AfxMessageBox（”创建文件系统出错！”)；
return;
｝
｝
if（！FATIO.Open(FATFile,CFile:：modeReadWrite|CFile：：shareDenyWrite，NULL)）
{
AfxMessageBox(”调入FAT表失败，文件系统可能出错！”）;
bFormated=false;
return；
｝
｝
bool CreateNewFile(CString FileName， CString FileContent, bool AttrRead, bool AttrWrite， bool AttrExecute, bool AttrShare)　　//创建一个新文件
{
if （FileNameExist（FileName）) return false； //如果要建立的文件与现有文件重名，失败返回
int i，FilePos,FileLen，BlockNum，BlockID;
bool flag=false;
FileContent。TrimLeft（)；FileContent。TrimRight(）；
FileLen=FileContent.GetLength（)；
char Content[32];//把文件内容分割成每个物理块大小后送content字符数组，以备写入磁盘块中
for（i=0;i<MAXFILE;i++）
｛
　if（!FileFAT。Mfd［CurrentID]。ufd［i].IsExist）//扫描所有文件项，如果标记不存在就准备写入新建文件信息
　 ｛
　flag=true；FilePos=i;
break；
｝
｝
if(！flag） return false；
BlockNum=(int）FileLen/BLOCKSIZE+1；//计算文件占用的块数
for(i=0;i〈BlockNum；i++）
{
BlockID=AllocBlock（);//得到分配的块的逻辑号
if(BlockID)
{
FileFAT.Mfd［CurrentID].ufd[FilePos］.FileLink[i]=BlockID；//逐个将块号记入文件项中
wsprintf（Content,FileContent。Mid（i＊32,32））；//写入一个块的内容到缓冲区
if(!WriteBlock（BlockID,（BLOCK＊)Content）） return false；//从缓冲区写到虚拟磁盘
｝
else
{
return false;
｝
｝
//以下是填写文件的属性，时间等信息
wsprintf（FileFAT。Mfd［CurrentID］.ufd[FilePos］。FileName,FileName.Left（15）);
FileFAT.Mfd[CurrentID].ufd[FilePos].IsExist=true;
FileFAT.Mfd[CurrentID］。ufd［FilePos].BlockNum=BlockNum;
FileFAT.Mfd[CurrentID］。ufd[FilePos]。AttrExecute=AttrExecute；
FileFAT.Mfd[CurrentID］.ufd［FilePos］.AttrRead=AttrRead;
FileFAT。Mfd［CurrentID].ufd［FilePos］.AttrWrite=AttrWrite;
FileFAT.Mfd［CurrentID］。ufd［FilePos］。IsShared=AttrShare;
FileFAT.Mfd［CurrentID].ufd［FilePos].FileLen=FileContent。GetLength()；
wsprintf（FileFAT。Mfd［CurrentID]。ufd[FilePos］.Time,GetCurrentTime（))；
FileFAT.Mfd[CurrentID]。nItem++；
WriteFAT()；
ShowUserFiles（)；//刷新用户文件列表,以便将新建的文件显示出来
return true;
｝
CString ReadFile（CString FileName）　　//给定当前用户的文件名,将文件内容以Cstring字符串返回
{
int i，FilePos;
bool flag=false;
char Buffer［32];
CString strReturn；
for(i=0;i〈MAXFILE;i++)
｛

if(FileFAT。Mfd[CurrentID］。ufd［i]。FileName==FileName&＆FileFAT.Mfd［CurrentID］.ufd［i]。IsExist==true)
｛
flag=true;FilePos=i；break;
}
｝
if（！flag) return "”；
for（i=0;i<FileFAT.Mfd［CurrentID]。ufd[FilePos].BlockNum；i++)
｛
ZeroMemory（Buffer，32)；
if(！ReadBlock（FileFAT。Mfd[CurrentID］。ufd[FilePos]。FileLink［i］，（BLOCK＊）Buffer）) return "";
strReturn+=Buffer；
｝
return strReturn;
}

bool KillFile（CString FileName)//根据文件名删除用户当前文件
｛
int i,FilePos；
bool flag=false；
for（i=0;i〈MAXFILE;i++）
{
if（FileFAT.Mfd［CurrentID]。ufd［i］。FileName==FileName＆&FileFAT。Mfd[CurrentID].ufd［i].IsExist==true）
｛
flag=true; FilePos=i; break;
｝
}
if（!flag) return false；
for（i=0；i<FileFAT.Mfd[CurrentID]。ufd［FilePos]。BlockNum;i++）
if(！FreeBlock(FileFAT。Mfd［CurrentID]。ufd［FilePos］.FileLink[i]）） return false；
FileFAT.Mfd[CurrentID]。nItem——；
ZeroMemory（＆FileFAT.Mfd［CurrentID]。ufd[FilePos］,sizeof（UFD));
WriteFAT（）;
return true；
}
bool ModifyFile(CString FileName， CString FileContent， bool AttrRead， bool AttrWrite, bool AttrExecute, bool AttrShare) //修改文件,包括文件名、属性和内容
｛
int i,FilePos，BlockNum，BlockID；
bool flag=false；
FileContent。TrimLeft(）;
FileContent.TrimRight（）;
char Content[32]；
for(i=0；i〈MAXFILE;i++）
｛
if（FileFAT.Mfd［CurrentID]。ufd［i].FileName==SelectedFileName)
｛
flag=true； FilePos=i；break;
}
｝
if（!flag） return false;
for（i=0；i<FileFAT.Mfd[CurrentID］。ufd［FilePos］。BlockNum;i++)
{
if(！FreeBlock(FileFAT.Mfd[CurrentID]。ufd［FilePos］.FileLink［i］）) return false;
｝
ZeroMemory（&FileFAT。Mfd［CurrentID]。ufd［FilePos]。BlockNum，200);
BlockNum=（int）FileContent。GetLength（)/BLOCKSIZE+1;
for(i=0;i〈BlockNum；i++)
｛
BlockID=AllocBlock（）;
if（BlockID）
{
FileFAT.Mfd[CurrentID］.ufd［FilePos]。FileLink［i］=BlockID；
wsprintf（Content,FileContent.Mid(i*32,32)）；
if（！WriteBlock（BlockID,（BLOCK*)Content)) return false;
}
else
｛
return false；
}
｝
wsprintf(FileFAT.Mfd[CurrentID］。ufd[FilePos]。FileName，FileName.Left（15））；
FileFAT.Mfd[CurrentID］。ufd[FilePos］.IsExist=true;
FileFAT.Mfd[CurrentID］。ufd［FilePos］。BlockNum=BlockNum；
FileFAT.Mfd［CurrentID］。ufd[FilePos］。AttrExecute=AttrExecute;
FileFAT.Mfd［CurrentID］.ufd［FilePos]。AttrRead=AttrRead；
FileFAT。Mfd［CurrentID］.ufd[FilePos].AttrWrite=AttrWrite;
FileFAT.Mfd［CurrentID］。ufd[FilePos］.IsShared=AttrShare;
FileFAT。Mfd[CurrentID].ufd［FilePos］。FileLen=FileContent。GetLength()；
wsprintf(FileFAT.Mfd［CurrentID].ufd［FilePos］。Time,GetCurrentTime（））;
WriteFAT(）;
ShowUserFiles();
return true;
}

void CDlgDisk：:CalcBlock（）// “磁盘工具”中的计算并显示磁盘块使用情况功能
｛
BYTE DiskImage[32000];//磁盘数据区所有物理块映像数组
FATIO.Seek（sizeof(FileFAT）,CFile:：begin);//跳过FAT结构,定位文件指针至数据区物理块头
FATIO。Read(&DiskImage，32000)；//读物理块映像
register sum=0;//保存使用的总块数
for（int i=0;i〈FileFAT。SuperBlock。HeadInfo。pStack;i++)
｛
m_ctrlChecker.SetBlock(FileFAT。SuperBlock.HeadInfo.pBlock［i]—1， RGB（200， 0， 0））；
sum++;
｝
BLOCK testBlock;
memcpy（&testBlock,&DiskImage[FileFAT.SuperBlock。HeadInfo.pBlock［9]*32]，BLOCKSIZE)；
while(testBlock.HeadInfo.pBlock［9］〉0）
{
for(i=0;i<10；i++）
{
m_ctrlChecker。SetBlock（testBlock。HeadInfo.pBlock［i]-1， RGB(200,0，0））；
sum++;
｝
memcpy（＆testBlock,&DiskImage[testBlock。HeadInfo.pBlock［9］*32]，BLOCKSIZE);
｝
AddPiece(RGB（200，0，0）,(int）sum＊360/100,”Used"）；
m_Used.Format（”已用空间：%d 字节",sum＊32)；
m_UserNum。Format("用户数:%d",FileFAT。UserNum)；
UpdateData(false）；
}

五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)

六、实验结果、分析和结论（误差分析与数据处理、成果总结等。其中，绘制曲线图时必须用计算纸）

由于期末考试临近，复习压力巨大，最后一次实验不能有足够的时间上机操作。但是通过对网上的这个代码反复研究后，也看懂了很多，对一个多级目录结构的文件系统，看懂了别人是如何描述文件控制块,采用合理的外存分配方式，实现了基本的目录及文件的操作，包括创建、删除、重命名、复制、移动等功能,并对文件有一定的存取权限控制。通过此次实验，我对文件系统、文件目录、目录结构有了更深一步的理解，对整个操作系统的学习有了很大的帮助。