操作系统专业课程设计简单多用户文件系统样本.doc

操作系统专业课程设计简单多用户文件系统

简单多用户文件系统

操作系统课程设计是计算机专业重要的教学环节，它为学生提供了一个既动手又动脑，将课本上的理论知识和实际有机的结合起来，独立分析和解决实际问题的机会。为 进一步巩固和复习操作系统的基础知识，培养学生结构化程序、模块化程序设计的方法和能力，提高学生调试程序的技巧和软件设计的能力，提高学生分析问题、解决问题以及综合利用 C 语言进行程序设计的能力。
本课程设计设计一个简单多用户文件系统，通过具体的文件存储空间的管理、文件的物理结构、目录结构和文件操作的实现，加深理解文件系统的内部功能及内部实现，掌握文件存储空间的管理，理解文件的物理结构，掌握目录结构的实现，掌握文件操作的实现。
2. 课程设计的开发语言
Microsoft Visual C++ ，C语言。VC++是Microsoft公司的C++开发工具，具有集成开发环境，可提供编辑C语言，C++以及C++/CLI等编程语言。本课程设计的文件系统利用VC++软件的编辑C语言功能，在Win32控制台程序下操作，在DOS环境下运行。
3. 功能描述
在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储器，在其上实现一个简单多用户的文件系统。文件物理结构可采用显式链接或其他方法。磁盘空闲空间的管理可选择位示图或其他方法。如果采用位示图来管理文件存储空间，并采用显式链接分配方式，则可以将位示图合并到FAT中。
一个较实用的用户界面，方便用户使用。可提供以下相关文件操作：
具有login (用户登录)
系统初始化（建文件卷、提供登录模块）
列出文件目录：dir
文件内容的查看：view
新建文件：create
删除文件：delete
修改文件：modify
锁定状态转换：lock
注销退出：logout
文件目录结构采用多用户目录结构，每个目录项包含文件名、大小、是否锁定、物理地址等信息，可以通过目录项实现对文件的读和写的保护。
4. 方案论证

本系统为二级文件系统，既要实现对文件的增删改查，同时又具备登陆系统、注册用户的功能，各个用户之间的文件系统互不干扰。采用两级目录，其中第一级对应于用户账号，第二级对应于用户帐号下的文件。另外，为了简便文件系统未考虑文件共享，文件系统安全以及管道文件与设备文件等特殊内容。
系统采用结构体来存储用户、文件目录、文件数据内容：
0 48*5 48*5+44*50 48*5+44*50+264*200
文件目录区
文件数据区
用户区

每个分区都是由结构体组成，每个分区的结构体的个数由格式化系统时决定。
为系统设计一个简单的二级文件系统，可以实现下列几条命令：login（用户登陆）、dir（列文件目录）、view（查看文件内容）、create（新建文件）、delete（删除文件）、modify（修改文件）、lock（锁定转换）、logout（注销）。列目录时列出文件名、文件长度、是否锁定、物理地址，源文件可以进行读写保护。主函数所有功能流程图如图1所示。
生成虚拟磁盘文件
登录
文件操作菜单
查看文件内容
新建
文件
删除
文件
修改
文件
锁定状态转换
返回操作菜单
注销退出

图1 主函数功能流程图

(login)模块
首次进入系统时，还没有文件系统，则会提示格式化文件系统，创建分区，并初始化分区，系统的初始化要完成文件系统的建立，包括以下几部分：请求内存、设置位示图、初始化文件索引、初始化文本块链表、初始化系统的当前状态、创建一个根目录做为系统的根。验证登录用户的身份，用户登录成功后会初始化当前用户等一系列的系统当前信息，默认用户的类型为普通用户，如果用户未能通过身份验证，提示用户登录失败，退出系统。用户登录模块的算法流程图如图2所示。
创建并初始化分区
是否存在用户?
新建用户
登录
创建成功
用户身份验证
用户名是否存在?
登陆成功
否
是
否
是

图2 用户登录流程图
(view)模块
查看文件内容
接收查看文件名称
文件是否存在?
文件查看失败
创建查看文件结点并复制文件信息
将该结点链接到查看文件链中
操作成功，内容以0填充
否
是

图3 查看文件内容流程图
只支持在当前用户当前目录下进行操作，前提是用户已创建文件，通过用户给定的文件名在文件索引中搜索到文件的物理文件块ID，找到该文件元素后，将文件当前状态置为打开，通过类似的查找方式，找到文件的数据部分，将数据显示到界面，默认创建的时候用0填充文件内容。查看文件内容模块的算法流程图如图3所示。
(create)模块
是
新建文件
接收新建文件名
判断文件是否存在?
判断是否溢出
接收文件大小
新建文件失败
文件是否锁定
创建成功
是
否
否
是
否

图4 新建文件模块流程图
只支持在当前用户目录下创建文件，根据位示图找到一个未使用的文件块用来存放用户的文件信息，根据系统当前状态来构建一个文件系统元素放入到找到的文件块中，新创建的文件状态为关闭，同时更新位示图和文件索引。新建文件时要求输入文件名称，当文件名称不存在，即与当前用户文件目录下的文件不发生冲突时，继续接收用户提供的文件长度，当文件不发生越界则接受锁定状态，文件新建成功。新建文件模块算法流程图如上图4所示。
(delete)模块
删除文件并不真正清理文件的物理存储内容，只是将文件的有效状态更改为无效。执行删除文件操作时，输入要删除的文件名，然后根据用户给定的文件名判断当前用户目录下是否存在该文件，若不存在则删除失败，若文件存在则继续判断文件是否被锁定，若文件处于锁定状态则删除失败，若处于非锁定状态则操作成功。删除文件模块的算法流程图如图5所示。
删除文件
判断文件是否存在?
接收删除文件名
删除失败
文件是否锁定?
释放所占用的盘块
删除成功
否
是
否
是

图5 删除文件模块流程图
(modify)模块
只支持在当前用户目录下进行操作，前提是用户已执行文件打开的命令，否则无法对文件进行修改。命令成功后，会等待用户的输入，用户输入完毕，按回车键（Enter），结束输入，系统会读入用户的输入内容，保存到相应的文件块。如果用户的输入太多，会出现越界现象，从而导致修改文件内容失败。修改文件模块的算法流程图如图6所示。
修改文件内容
接收文件名
文件是否存在?
内容长度是否越界?
接收新文件内容
修改成功
修改失败
否
否
是
是

图6 修改文件模块流程图
(lock)模块
锁定状态转换
接收文件名
文件是否存在?
转换失败
转换成功
否
是

图7 锁定状态转换流程图
只支持在当前用户目录下进行操作，当文件处于锁定状态时，文件被系统进行读写保护，文件不能被删除，可以被读取、修改。只有当文件处于非锁定状态时，才能被删除。锁定状态的转换即对文件的锁定、非锁定状态之间的转换。锁定状态转换模块的算法流程图如图7所示。
5. 程序及说明
整个文件系统的编码构成主要为：
定义了每个分区的结构体；
声明了对系统操作的各种方法；
声明了对文件操作的各种方法；
整个系统的主函数，操作入口；
，实现了操作系统的各种方法；
，实现了操作文件的各种方法；
主要数据结构：
struct s_user //用户区结构体
{
long isuse; //是否使用
char name[20]; //用户名
char psd[20]; //密码
long address; //目录地址
};
struct s_list //目录结构体
{
long isuse; //是否使用
char name[20]; //文件名字
long myaddress; //本条目录地址
long pointaddress; //指向的文件的地址
long isfile; //是否锁定
long pointsize; //目标文件的大小
long nextaddress; //下条目录的地址
};
struct s_file //文件结构体
{
long isuse; //是否使用
char content[256]; //文件内容
long next; //下个文件块地址
};
6. 设计结果与分析
(1)、使用Microsoft Visual C++，建立完成后进行编译，经多次修改无误后运行进入系统。首次进入系统，还没有文件系统，则会提示生成虚拟磁盘文件，格式化文件系统，创建分区，并初始化分区。系统的初始化要完成文件系统的建立，包括以下几部分：请求内存、设置位示图、初始化文件索引、初始化文本块链表、初始化系统的当前状态、创建一个根目录做为系统的根。生成虚拟磁盘文件如图8所示。

图8 生成虚拟磁盘文件
(2)、系统初始化后，没有用户，提示创建用户，在输入用户名及两次登录密码后，验证用户名是否有效，若有效则将用户名及登录密码添加进入存储系统，使用户下次能正常登录系统，新用户创建完成。用户创建成功后出现对系统操作的菜单，此时菜单中的注册菜单功能即创建新用户的过程。创建新用户如图9所示。

图9 创建新用户
(3)、用户登录，验证登录用户的身份，用户登录成功后会初始化当前用户等一系列的系统当前信息，显示当前用户下的所有文件及其详细信息，同时显示对文件操作的菜单。如图10所示。

图10 用户登录及文件操作菜单
(4)、新注册的用户默认为没有文件，选择创建文件功能项，输入文件名称，文件长度及文件的锁定状态，文件新建成功，并且每次对文件操作后显示当前用户的所有文件和操作菜单。新建文件功能如图11所示。

图11 新建文件
(5)、对文件查看，默认创建的时候用0填充文件内容，如图12所示。

图12 查看文件内容
(6)、接收修改文件内容命令后，等待用户输入要修改的文件名，然后输入修改的内容，用户输入完毕，按回车键（Enter），结束修改。修改文件内容如图13所示。

图13 修改文件内容
(7)、当新建的文件为锁定状态，不能被删除。对文件的锁定进行装换，将锁定状态的文件转换成自由读写状态，用户可随意对文件进行删除操作。

图14 锁定状态转换
(8)、当文件处于自由读写状态时可对文件进行删除操作，删除文件并不真正清理文件的物理存储内容，只是将文件的有效状态更改为无效。

图15 删除文件
(9)、当用户完成对文件的管理，可以注销登录并退出系统。
7. 设计心得体会
经过一周的努力，我的课程设计基本完成了，这次课程设计培养了我耐心，慎密、全面地考虑问题的能力，从而加快了问题解决的速度、提高了个人的工作效率，以及锻炼围绕问题在短时间内得以解决的顽强意志。在编写程序的过程中，我的能力得到了提高，同时养成了科学、严谨的作风和习惯。为此我要感谢信息学院开设了这门操作系统课程设计，为我们提供了进一步学习算法、操作系统和巩固C语言程序计设这个平台并。同时还要感谢对同一题目进行攻关的同学们给予的帮助，没他们的帮助可能有很多问题我个人不能进行很好的解决。在此我对他们帮助给予衷心的感谢。
首先，我认为这次课程设计是对学习《操作系统》的一次综合考察，锻炼我综合分析问题、解决问题的能力。报课程设计的题目时，为程序本身的简单而窃喜过。但到了实验的时候，才发现并非我想象的那么简单，实验过程中也出现了一些难题需要解决，为此去苦苦探索过。课程设计期间，几乎每天都完全投入进去了，就像是在做一个相当重要的项目一样的感觉。曾经跑过图书馆几次，只是为了一种新的想法得到实现，也曾多次登录网站浏览网页，为了弥补一些知识上的纰漏，为此曾洒下了真实的汗水。当我的想法得到实现，又学会了新的知识的时候，心中满是欣喜，或许这是实践出真知的真实验证，有付出就有回报的真实写照吧。
其次，我感受了真诚的友谊。在实验中，遇到的问题是多方面的，而且有那么一部分是以前学过的C问题，但是已经忘却或是以前没有真正的理解过。但是你会发现就在你的身边，会有那么一批人在背后热心的帮助你，让你身处困境却感到无限希望。这好像是人生的一种历程，风风雨雨中我们一起走过，然后为了一些坑坑洼洼彼此真诚的帮助过和无私的付出过。同学和老师的协作和彼此心的交流让我感受到了热情，这也是我们成长中必不可失的重要部分。
最后，我认识到了自己的不足。平心而论，以前真的没有认真的学习过，即使是在听课，可是后来却没有对学习中出现的问题而仔细分析过。得过且过，迷失了我前进的方向，而现在却又重新敞开了。不论是以后的学习还是工作，我想这都是很重要的，我们需要不断进步的动力。
参考文献
[1] 潘新民，王燕芳. 微型计算机控制技术[M]. 北京：电子工业出版社，：305-350
[2] 范立南，刘岚. 操作系统实用教程[M]. 北京：北京大学出版社，：189-215
[3] 汤子瀛，哲凤屏. 计算机操作系统[M].西安：西安电子科技大学学出版社. ：34-158
[4] 曾明. Linux操作系统应用教程[M]. 陕西：陕西科学技术出版社. ：142-180
[5] 张丽芬，刘利雄. 操作系统实验教程[M]. 北京：清华大学出版社. ：264-288
[6] 任满杰. 操作系统原理实用教程[M]. 北京：：251-302
附录

struct s_user //用户区结构体
{
long isuse; //是否使用
char name[20]; //用户名
char psd[20]; //密码
long address; //目录地址
};
struct s_list //目录结构体
{
long isuse; //是否使用
char name[20]; //文件名字
long myaddress; //本条目录地址
long pointaddress; //指向的文件的地址
long isfile; //是否锁定
long pointsize; //目标文件的大小
long nextaddress; //下条目录的地址
};
struct s_file //文件结构体
{
long isuse; //是否使用
char content[256]; //文件内容
long next; //下个文件块地址
};

#include <>
#include ""

class MSysterm
{ //封装了管理系统的方法
//成员变量
private:
FILE *myfile;
MUser myuser;
//成员函数
public:
MSysterm(){}
void outName(); //打印登陆后的用户名
int cheack(); //检查虚拟文件系统跟是否存在
int myformat(); //初始化虚拟磁盘
int createuser(); //创建用户
int login(); //用户登录
void mymain(); //主控制程序
int logout(); //用户注销
};

#include <>

class MUser //封装了管理文件的方法
{
//成员变量
public:
FILE *myfile;
char name[20]; //用户名
char psd[20]; //密码
long listaddress; //目录地址
long myaddress; //此用户的地址

private:
long lastaddress; //最后一个目录的地址
//成员函数
public:
int createFile(); //增加文件
int delFile(char filename[20]);//删除文件
int revampFile(char filename[20]);//修改文件
int mydir(); //列出当前目录的所有文件（夹）
int viewFile(char filename[20]);//查看文件
int myConversion(char filename[20]);//转换是否锁定状态

private:
int isSame(char filename_f[20],char filename_s[20]);

};

#include <>
#include <iostream>
#include ""
#include <limits>
using namespace std;

int main()
{
char nod1;
int n_select = 2 , i_1 =0;
MSysterm mysys;

/***********文件不存在的程序入口************/
if(()==-1)//磁盘空间不存在
{
cout<<"虚拟磁盘文件不存在，是否生成？ Y/N "<<endl;
cin>>nod1;
(); // 清除流的错误标记
(numeric_limits<streamsize>::max(),'\n'); // 清空输入流
if(nod1=='Y'||nod1=='y')
{
cout<<"正在创建。。。。"<<endl;
if(()!=1)//创建磁盘空间
{
cout<<"创建磁盘空间失败！即将退出。"<<endl;
cin>>nod1;
return 2;
}
cout<<"创建完成！是否创建用户？ Y/N "<<endl;
cin>>nod1;
(); // 清除流的错误标记
(numeric_limits<streamsize>::max(),'\n'); // 清空输入流
if(nod1=='Y'||nod1=='y')
{
if(()==1)//创建用户
{
cout<<"创建用户成功。"<<endl;
}
else
{
cout<<"创建用户失败！即将退出。"<<endl;
return 3;
}
}
else
{
cout<<"匿名用户无法进入系统，正在退出。。。"<<endl;
return 4;
}
}
else
{
cout<<"程序已结束！按任意键退出。。。。"<<endl;
return 1;
}
}

/***********文件存在的程序入口**************/

for (;;)
{
cout<<"*********************"<<endl;
cout<<"请选择："<<endl;
cout<<" 1. 登录"<<endl<<" 2. 注册"<<endl<<" 3. 退出"<<endl;
cout<<"*********************"<<endl;

cin>>n_select;
(); // 清除流的错误标记
(numeric_limits<streamsize>::max(),'\n'); // 清空输入流

if (n_select == 1)
{
for (int i_1=0;i_1<=3;i_1++)//登录
{
if (()==1)
{
cout<<"登陆成功！欢迎您 ";
();

break;
}
else
{
cout<<"用户名不存在或密码错误！"<<endl;
}
}
if (i_1==4)
{
cout<<"非法用户!"<<endl<<"输入任意键退出。"<<endl;
cin>>nod1;
return 5;
}
break;
}
if (n_select == 2)
{
if(()==1)//创建用户
{
cout<<"创建用户成功。"<<endl;
}
else
{
cout<<"创建用户失败！"<<endl;
}
}
if (n_select == 3)
{
return 6;
}

}
();
return 0;
}