模拟实现unix文件管理系统

摘要

计算机发展到今天，从个人计算机到巨型计算机系统，毫无例外都配置一种或是多种操作系统。操作系统管理和控制计算机系统中的所有硬、软件资源，合理地组织计算机工作流程，并且为用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。

在计算机操作系统的功能中，对文件存储设备的管理是一项非常重要的任务，文件在存储器上按一定的顺序有组织地存放，使得用户访问高效，操作方便。

UNIX文件系统采用SFD和BFD方式管理文件：SFD称为符号文文件目录，存放文件名以及致使该文件说明信息表标识符ID；把存放文件说明信息和相应标识符的BFD称为i节点。UNIX文件系统将存储设备分为引导块、超级快、i节点区、目录和数据区四个存储区。引导块主要是为了存储引导系统启动的数据；超级块描述文件系统的状态，包括磁盘空闲块栈，空闲i结点栈；i节点区存放文件说明信息，每项32字节；目录和数据每个目录项16字节，文件名区分大小写。

在界面上我们使用MFC可视化设计，将实现的代码加载到MFC界面中，在响应鼠标消息的函数中调用实现模拟系统设计的代码，这样最后的操作是在Windows界面的操作，响应鼠标的命令。界面美好，操作方便。

关键词：操作系统，文件系统，UNIX文件系统模拟

摘要

目录

1. 概述 (6)

2. 课程设计任务及要求 (6)

2.1 设计任务 (6)

2.2 设计要求 (7)

3. 算法及数据结构 (7)

3.1算法的总体思想（流程） (8)

3.2 i节点模块 (8)

3.2.1功能

3.2.2 数据结构

3.2.3算法

3.3 装入和退出系统模块 (11)

3.3.1功能

3.3.2算法

3.4用户登录注销模块 (14)

3.4.1 功能

3.4.2 数据结构及流程图

3.4.3 算法

3.5 目录管理模块 (16)

3.5.1功能

3.5.2 数据结构及流程图

3.3.3算法

3.6 创建删除文件模块 (19)

3.6.1功能

3.6.2 数据结构及流程图

3.6.3算法

3.7 文件模块 (21)

3.7.1功能

3.7.2 数据结构及流程图

3.7.3算法

4. 程序设计与实现 (24)

4.1 程序流程图

4.2 程序说明

4.3 实验结果

5. 结论 (28)

6. 参考文献 (29)

7. 收获、体会和建议 (29)

1.概述

UNIX文件系统采用SFD和BFD方式管理文件。SFD称为符号文件目录，存放文件名以及致使该文件说明信息表标识符ID。把存放文件说明信息和相应标识符的BFD称为i节点。i节点又分为磁盘i节点和内存i节点。目录表目中仅包含文件名和指向另一个数据块的指针－i节点号。就可以通过这些i节点访问文件或是到另一个目录。文件采用二级指针模块，可以存储大文件。超级块结构采用成组块链接法，管理着磁盘的空闲块。系统启动时的初始化是读磁盘的超级块到内存，可以操作和管理目录和文件数据，既是管理了磁盘块，同时读入根目录到内存作为当前操作目录，之后就可以访问到其他任意目录树的地方。

模拟UNIX文件系统程序设计。首先要了解UNIX文件系统的结构和管理方法，建立数据结构，组织数据，通过概要设计出大体流程，然后细化完善每一个功能模块，先底层后表层，边写代码边测试，保证完成的每一个模块代码的无错性。最后将完成的代码加到界面中。

2. 课程设计任务及要求

2.1 设计任务

模拟实现UNIX的文件系统，多用户、多级目录结构文件系统的设计与实现模拟实现UNIX的文件系统

2.2 设计要求

1、在深入理解操作系统基本原理的基础上，对于选定的题目，以小组为单位，先确定设计方案；

2、设计系统的数据结构和程序结构，设计每个模块的处理流程。要求设计合理；

3、编程序实现系统，要求实现可视化的运行界面，界面应清楚地反映出系统的运行结果；

4、确定测试方案，选择测试用例，对系统进行测试；

5、运行系统并要通过验收，讲解运行结果，说明系统的特色和创新之处，并回答指导教师的提问；

6、提交课程设计报告。

3. 算法及数据结构

3.1算法的总体思想（流程）

3.1.1总体设计思想：

利用内存的一段空间模拟unix的文件系统的实现。设计结构体数组存放用户信息。设计文件和目录通用的结构体，用一个字段标识是文件或目录，每个文件均有一个字段对应其所占用的数据块。创建文件时通过搜索数据块位示图查找第一个空闲的数据块供文件使用。建立文件后对占用的数据块对应的位示图的位进行置位操作。删除文件时要释放对应的数据块，对数据块相应的位示图进行清零操作。对文件的内容的读写都是对该文件数据块对应的一段内存空间内容的读写。

文件卷的组织：将文件卷分块、用位示图来管理或成组块链；块的大小可设成512字节，i节点区块数为32块；数据区块数为512块。（如下图结构）。

引导区：系统的引导位置，在此设计中没有设计对引导区的操作。

超级块：描述文件系统的状态，包括磁盘空闲块栈，空闲i结点栈。在程序设计中实质是存储一个数据结构的数据。

i节点：存放文件说明信息，每项32字节，这个区域有32块，每块512字节，也就是可以存储512个i节点。在UNIX系统中，索引文件或是目录都是通过先索引i节点，通过i节点找到对应的目录或是文件数据块。

目录和文件：每个目录项16字节，文件名区分大小写。

3.1.2 总体实现算法：

1)进入模拟文件系统VFS；

2)格式化。

3)启动系统。

4)用户登陆，可以多用户同时登陆及用户之间的切换使用。

5)提示用户命令按要求输入命令并执行各种操作，包括：显示

目录表，创建新目录，更改目录，创建文件，填写文件，读

取文件，删除文件，更新文件。

6)用户操作完毕后，注销用户。

7)退出系统并执行退出后的保存工作。

3.2 i节点模块

3.2.1功能

i节点模块是是i节点的请求和释放操作。主要的函数有：struct inode * ialloc()从磁盘上申请一个i节点：当需要建立一个目录或是建立一个文件的时候需要新的i节点。一般会在这个时候调用。

Void ifree(struct inode* pinode)从磁盘上释放一个i节点：当从文件系统中删除某个文件或是目录的时候，应首先删除它的磁盘i节点项。

struct inode * iget (unsigned __int16 dinodeid)从磁盘上读i节点到内存。

void iput(struct inode * pinode)从内存中释放掉i节点，不影响磁盘的i节点。

3.2.2 数据结构

/*内存i节点*/

struct inode{

struct inode *i_forw;

struct inode *i_back;

char i_flag;

unsigned int i_ino; /*磁盘i节点标号*/

unsigned int i_count; /*引用计数*/

unsigned short di_number;/*关联文件，当为0时，则删除该文件*/

unsigned short di_mode; /*存取权限*/

unsigned short di_uid; /*磁盘i节点用户id*/

unsigned short di_gid; /*磁盘i节点组id*/

unsigned short di_size; /*文件大小*/

unsigned int di_addr[NADDR]; /*物理块号*/

};

/*磁盘i节点*/

struct dinode{

unsigned short di_number; /*关联文件数*/

unsigned short di_mode; /*存取权限*/

unsigned short di_uid;

unsigned short di_gid;

unsigned long di_size; /*文件大小*/

unsigned int di_addr[NADDR]; /*物理块号*/

};

/*超级块*/

struct filsys{

unsigned short s_isize; /*i节点块块数*/

unsigned long s_fsize; /*数据块块数*/

unsigned int s_nfree; /*空闲块块数*/

unsigned short s_pfree; /*空闲块指针*/

unsigned int s_free[NICFREE]; /*空闲块堆栈*/

unsigned int s_ninode; /*空闲i节点数*/

unsigned short s_pinode; /*空闲i节点指针*/

unsigned int s_inode[NICINOD];/*空闲i节点数组*/

unsigned int s_rinode; /*铭记i节点*/

char s_fmod; /*超级块修改标记*/

};

3.2.3算法

函数名：ialloc

功能：申请磁盘i节点

算法：通过超级块的i节点管理数组，查找一个没有被占用的i节点，放回i节点id。

函数名：ifree

功能：释放磁盘i节点

算法：修改超级块的i节点记录数据，释放相应的内存i节点。

函数名：iget

功能：获得磁盘i节点到内存

算法：通过i节点的id从磁盘上读i节点数据到内存。通过id号找到这个i节点的磁盘地址，之后读出i节点大小的数据到内存。

函数名：iput

功能：释放内存i节点

算法：根据内存中这个i节点的信息做处理，若i节点只被引用一次，没有被修改过则从内存中释放，否则存储到磁盘覆盖原来的磁盘i节点，若引用次数大于1则引用次数自减一。

3.3 装入和退出系统模块

3.3.1功能

是读磁盘的相关数据到内存，为了用户可以对文件系统的操作。

实现函数：

void install()启动，安装文件系统

void halt()关闭系统。

3.3.2 数据结构及流程图

系统装载