操作系统课程设计为LINUX设计一个简单的二级文件系统

操作系统课程设计为LINUX设计一个简单的二级文件系统

一．项目概述

本课程设计旨在通过设计一个简单的多用户文件系统，加深学生对文件系统内部功能及内部实现的理解，并提高学生的程序设计能力、算法设计质量与程序设计素质。

二．设计题目

为LINUX设计一个简单的二级文件系统，要求实现以下命令：Login用户登录、Dir列文件目录、Create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。列目录时需包括文件名、物理地址、保护码和文件长度。源文件需进行读写保护。

三．开发语言及实现平台或实验环境

本课程设计的开发语言为C语言，实现平台为Linux操作系统。学生需要在规定时间内完成程序的编写和调试，并书写课程设计报告。

四．时间安排

1月17日布置课程设计任务，学生需要自行查阅资料并准备程序。

1月18日至1月20日，学生需要在机房上机调试程序，并书写课程设计报告。

1月21日上午，学生需要提交课程设计报告及相关文档。

每位学生应独立完成各自的任务，每天至少在设计室工作半天。

五．具体要求

1.课程设计报告应按统一通用格式书写，具体格式要求请在网络上查阅。

2.指导教师和教研室主任（或责任教师）需要在规定时间内签署相应的文件。

设计目的：

本设计旨在开发一款能够实现某种功能的程序，为用户提供便利。

设计内容：

5.1.

该程序将包括两个主要功能：A和B。A功能将执行某种操作，而B功能将提供用户界面，使其能够轻松地使用A功能。

5.2.

此外，该程序还将包括其他辅助功能，例如C和D。这些功能将提高程序的可用性和实用性。

任务：

该程序的主要任务是为用户提供一种方便、高效的解决方案，使其能够更轻松地实现某种目标。

主程序流程图：

程序的主要流程将包括以下步骤：用户打开程序，选择所需的功能，程序执行相应的操作，最终将结果返回给用户。

程序设计：

6.1.

在程序设计方面，我们将采用一种灵活、可扩展的架构，以便能够轻松地添加新的功能和模块。

6.2.

此外，我们还将采用一些优化技术，例如缓存和多线程处理，以提高程序的性能和响应速度。

设计思想：

在设计过程中，我们将注重用户体验和易用性，为用户提供简单、直观的界面和操作方式。同时，我们还将保证程序的稳定性和可靠性，以确保用户的数据和隐私安全。

设计要求

本设计旨在实现一个简单的外存管理系统，包括对文件的读写操作、文件的创建和删除、文件的查找和修改等功能。系统应该具有高效、稳定、可靠的特点，同时能够适应不同规模的数据存储需求。

设计原理

7.1 外存管理

外存管理是指如何将数据存储到外部存储设备中，并对其进行管理和维护。在本系统中，我们采用了linux的EXT2文件系统作为外存管理的方式。EXT2文件系统是一种常见的文件系统，具有高效、稳定、可靠的特点，能够满足本系统的需求。

7.2 linux的EXT2文件系统

EXT2文件系统是linux操作系统中常用的一种文件系统，其特点是支持大容量存储、高效的文件读写操作、可靠的数据保护等。在本系统中，我们将采用EXT2文件系统作为外存管理的方式，以保证系统的高效和稳定性。

7.3 用内存来模拟外存

为了更好地测试和调试系统，我们还可以使用内存来模拟外存的功能。通过在内存中模拟文件的读写、创建和删除等操作，可以更加方便地测试系统的各项功能，并及时发现和解决问题。

7.4 编码

在本系统中，我们将采用C语言进行编码。C语言是一种高效、稳定、可靠的编程语言，能够满足本系统的需求。同时，C语言还具有广泛的应用和丰富的开发资源，可以为本系统的开发提供良好的支持和保障。

测试界面

测试界面是本系统的一个重要组成部分，用于测试系统的各项功能和性能。在测试界面中，我们将提供各种测试选项，包括文件的读写、创建和删除等操作，以及系统的性能测试和压力测试等。通过测试界面，可以更加全面地测试和评估系统的各项功能和性能。

Linux是一个功能强大、性能稳定、效率高的操作系统，与Unix系统相似，同时具有多任务、多用户、多平台等多种特性。阅读Linux源代码是深入研究Linux最好的方法之一。

文件系统是Linux操作系统的重要组成部分，其中的文件具有强大的功能。除了存储数据外，文件系统还包含文件系统

结构、文件保护信息等，所有Linux用户和程序看到的文件、目录、软连接等都存储在其中。

本课程设计的题目是Linux二级文件系统设计。使用C++/VC++开发语言，实现平台为visual C++、window xp、XXX n(虚拟机) V6.0.2、XXX、office 2003.

本实验的目的是通过设计一个简单的多用户文件系统，加深对文件系统内部功能和实现的理解。同时，结合数据结构、程序设计、计算机原理等课程的知识，进一步理解操作系统。

本文介绍了文件系统的基本组成和操作，包括逻辑文件系统、基本I/O管理程序、基本文件系统和I/O控制层。不同的操作系统有不同的文件系统，如MS的WINDOWS系列使用FAT16、FAT32或NTFS，而LINUX使用EXT2、EXT3等。EXT2是LINUX自己的文件系统，其中包含超级块和inode等重要的数据结构，用于描述目录和文件在磁盘上的物理位置、文件大小和结构等信息。EXT2还提供OPEN/CLOSE等接口操作。为了方便操作，可以使用内存来模拟外存，跳过硬件技术而直接关注数据结构设计和操作算法设计。最后，文章提供

了一段代码示例来演示如何将一个指向inode结构的指针写入到特定位置。

int item。i。j。k;

int 。temp;

将$字符作为空格，#字符作为换行符

char Space = 32;

XXX';

for (i = 0.i < len。i++) {

if (buf[i] == '$') {

buf[i] = Space;

else if (buf[i] == '#') {

buf[i] = Endter;

读取用户打开表对应表项第一个盘块号

item = u_em[fd].firstdisk;

找到当前目录所对应表项的序号

for (i = 2.i < MSD + 2.i++) {

if (cur_dir->directitem[i].firstdisk == item) {

break;

temp = i。// 存放当前目录项的下标

找到的item是该文件的最后一块磁盘块

while (fat[item].item。= -1) {

item = fat[item].item。// 查找该文件的下一盘块

计算出该文件的最末地址

first = fdisk + item * DISKSIZE +

u_em[fd].size % DISKSIZE;

如果最后磁盘块剩余的大小大于要写入的文件的大小

if (DISKSIZE - u_em[fd].size % DISKSIZE。len) {

strcpy(first。buf);

u_em[fd].size =

u_em[fd].size + len;

cur_dir->directitem[temp].size = cur_dir->directitem[temp].size + len;

else {

如果最后磁盘块剩余的大小小于要写入的文件的大小

首先，该代码段需要更多的上下文才能理解其意义。但是，可以根据代码中的注释和变量名来猜测它是用于将数据写入磁盘的。

以下是修改后的版本：

将一部分数据写入最后一个磁盘块的剩余空间

for (i = 0.i < (DISKSIZE - u_em[fd].size %

DISKSIZE)。i++) {

first[i] = buf[i];

计算需要分配的磁盘块数

int ilen1 = len - (DISKSIZE - u_em[fd].size %

DISKSIZE);

int ilen2 = ilen1 / DISKSIZE;

int modlen = ilen1 % DISKSIZE;

if (modlen。0) {

ilen2 += 1;

分配磁盘块并写入数据

for (j = 0.j < ilen2.j++) {

查找空闲磁盘块

int i;

for (i = ROOT_DISK_NO + 1.i < DISK_NUM。if (fat[i].em_disk == '0') {

break;

if (i。= DISK_NUM) {

i++) {

如果磁盘块已经分配完了

return (-1);

char* block = fdisk + i * DISKSIZE。// 找到的空闲磁盘块的起始地址

if (j == ilen2 - 1) {

如果是最后要分配的一块

for (int k = 0.k < len - (DISKSIZE -

u_em[fd].size % DISKSIZE) - j * DISKSIZE。k++) {

block[k] = buf[k];

else {

如果不是要最后分配的一块

for (int k = 0.k < DISKSIZE。k++) {

block[k] = buf[k];

修改 FAT 表

fat[item].item = i;

fat[i].em_disk = '1';

fat[i].item = -1;

修改长度

缺少变量定义，无法进行修改)

int delete(char *filename) {

int i。cur_item。item。temp;

for (i = 2.i < MSD + 2.i++) {

if (!strcmp(cur_dir->directitem[i].name。filename))

break;

cur_item = i;

if (cur_item == MSD + 2) {

printf("File not found.n");

return -1;

item = cur_dir->directitem[cur_item].firstdisk;

while (item。= -1) {

temp = item;

item = fat[item].item;

fat[temp].item = 0;

cur_dir->directitem[cur_item].name[0] = 0;

cur_dir->directitem[cur_item].type = 0;

cur_dir->directitem[cur_item].size = 0;

return 0;

int write(int fd。char *buf。int len) {

int item。temp。i。j。;

if (u_em[fd].type == 0) {

printf("File XXX");

return -1;

item = u_em[fd].firstdisk;

ilen1 = len / DISKSIZE;

modlen = len % DISKSIZE;

if (modlen。= 0)

ilen1++;

temp = item;

for (i = 0.i < ilen1.i++) {

if (i == ilen1 - 1) {

for (j = 0.j < len - i * DISKSIZE。j++)

fdisk[temp * DISKSIZE + j] = buf[i * DISKSIZE + j];

else {

for (j = 0.j < DISKSIZE。j++)

fdisk[temp * DISKSIZE + j] = buf[i * DISKSIZE + j];

temp = fat[temp].item;

u_em[fd].size =

u_em[fd].size + len;

cur_dir->directitem[temp].size = cur_dir->directitem[temp].size + len;

return 0;

int read(int fd。char *buf) {

int len = u_em[fd].size;

char *first;

int i。j。item。;

item = u_em[fd].firstdisk;

ilen1 = len / DISKSIZE;

modlen = len % DISKSIZE;

if (modlen。= 0)

ilen1++;

first = fdisk + item * DISKSIZE;

for (i = 0.i < ilen1.i++) {

if (i == ilen1 - 1) {

for (j = 0.j < len - i * DISKSIZE。j++)

buf[i * DISKSIZE + j] = first[j];

else {

for (j = 0.j < DISKSIZE。j++)

buf[i * DISKSIZE + j] = first[j];

item = fat[item].item;

first = fdisk + item * DISKSIZE;

return 0;

如果当前目录下的项已满，则跳出循环。如果当前项的第一个磁盘块为-1，则跳出循环。

判断当前目录/文件是否已满，如果是，则返回-2.

循环遍历当前目录下的所有项，检查是否有与要创建的目录/文件同名的项。如果有，则跳出循环。

如果当前目录下已经有与要创建的目录/文件同名的项，则返回-3.

从根目录开始遍历磁盘块，找到第一个空闲的磁盘块，并将其标记为已分配。如果没有空闲的磁盘块，则返回-5.

将找到的空闲磁盘块标记为已分配。

填写目录项的各个属性，包括名称、第一个磁盘块、大小、下一个磁盘块和属性。

将新创建的目录/文件的地址（内存物理地址）赋给cur_mkdir。

初始化目录项，包括名称为“.”，下一个磁盘块为当前磁盘块，属性为1.

cur_mkdir->directitem[0].size = ROOT_DISK_SIZE;

设置当前目录的大小为根目录大小

cur_mkdir->directitem[1].sign = cur_dir->directitem[0].sign;

cur_mkdir->directitem[1].firstdisk = cur_dir->directitem[0].firstdisk;

strcpy(cur_mkdir->directitem[1].name。"。");

cur_mkdir->directitem[1].next = cur_mkdir->directitem[1].firstdisk;

cur_mkdir->directitem[1].property = '1';

cur_mkdir->directitem[1].size = ROOT_DISK_SIZE;

设置当前目录的上一级目录信息

for (i = 2.i < MSD + 2.i++) {

初始化子目录为空

cur_mkdir->directitem[i].sign = 0;

cur_mkdir->directitem[i].firstdisk = -1;

strcpy(cur_mkdir->directitem[i].name。"");

cur_mkdir->directitem[i].next = -1;

cur_mkdir->directitem[i].property = '0';

cur_mkdir->directitem[i].size = 0;

return 0;

返回0表示初始化成功

void dir() {

int i;

for (i = 2.i < MSD + 2.i++) {

if (cur_dir->directitem[i].firstdisk。= -1) {

如果存在子目录

printf("%st"。cur_dir->directitem[i].name);

if (cur_dir->directitem[i].property == '0') {

如果是文件

printf("%dttn"。cur_dir->directitem[i].size);

else {

printf("ttn");

显示当前目录的子目录

测试界面

主界面见图2

创建文件见图3（已省略）

答：二级文件目录结构是指在Linux文件系统中，每个文件夹下都可以再创建文件夹，形成多层级的文件目录结构。这种结构可以更好地组织和管理文件，方便用户查找和使用。

3.在实现文件读写时，你是如何处理文件指针的位置？

答：在文件读写时，我会根据需要进行文件指针的移动，从而实现对文件的读写操作。具体来说，我会使用fseek函数进行文件指针的定位，并使用fread和fwrite函数进行数据的读写。在处理文件指针位置时，我会注意避免指针越界等问题，确保程序的稳定性和正确性。

二级文件目录结构是为每个用户设置一张目录表，称为用户文件目录。用户文件目录为本用户的每一个文件设置一个目

录项。再用一张总的目录表来登记各个用户的目录存放地址，这张总的目录表成为主文件目录。当用户需要访问某个文件时，系统根据每个用户名从主文件目录中找到该用户的文件目录的存放地址，再按指定的文件名查找这张用户文件目录表，从用户文件目录表中找出对应的目录项就可以找到文件存放的物理位置。

采用二级文件目录结构可以带来以下好处：

1）采用用户文件目录后，即使不同的用户在为各自的文件命名时取了相同的名字也不会引起混乱；

2）采用二级文件目录结构可以使不同的用户共享某个文件，只需在各自的文件目录表中使用某个目录项指向共享文件存放的物理位置即可。

指导教师评语：

文章已经删除明显有问题的段落，并进行了小幅度的改写，但仍有一些语言表述不够简洁明了，需要进一步修改。