Unix文件系统模拟

Unix文件系统模拟实验报告一．实验任务和说明这次实验是操作系统大型实验，要完成的任务是模拟unix操作系统中的文件系统功能。在终端界面上用户可以象unixshell命令一样输入一些命令，如输入ls显示文件目录，chmod改变文件权限，chown改变文件拥有者，chgrp改变文件所属组，chnam改变文件名，pwd显示当前目录，cd改变当前目录，mkdir创建目录，rmdir删除目录，mk创建文件,cp文件拷贝，rm删除文件，cat显示文件内容，login切换用户，passwd修改用户口令等功能。在后台，要实现混合索引式文件结构，包括用空闲结点号栈管理空闲结点和成组链接发管理空闲盘块。二．实验需求分析、设计思路和总体方案1．基本思路：用一个文件（disk.txt）模拟一个物理硬盘,通过对该文件的一系列操作，模拟UNIX文件系统中的文件操作。2．理磁盘块的设计：卷盘块数等于100块，每个磁盘块512字节，磁盘块之间用/n隔开，总共是514节。0#表示超块，1#--10#放索引结点，每个索引结点占64字节，共80个索引结点。初始化是存在根目录root，占用了0#结点和11#盘块。3．空闲磁盘块：采用成组链接法管理。

每组10块，12#--99#分为9组，每组的最后一个磁盘块里存放下一组的磁盘号信息。最后一组只有作为结束标志。在超块中用一个一维数组（10个元素）作为空闲磁盘块栈。放入第一组盘块。4．空闲I结点：采用混合索引式文件结构。索引结点结构中文件物理地址为六项：四个直接块号，一个一次间址，一个两次间址，其中一次间址和两次间址中一个磁盘块中存放16个磁盘。在超块中也用一维数组（80个元素）作为空闲I结点栈，与空闲磁盘块管理不同的结点编号，而且一直保持同一大小秩序。根目录占0#索引结点，由于根目录不会删改，是一直占0#索引结点unix文件系统，所以我并未按实验指导所说，把它写在超块里，不过写进去也无所谓的。结点和目录结构的设计structSUPERBLOCK//超块intfistack[80];//空闲结点号栈setw(3)*80intfiptr;//空闲结点栈指针(还有多少个)setw(3)intfbstack[10];//空闲盘块号栈setw(3)*10intfbptr;//空闲结点栈指针setw(3)intinum;//空闲i结点总数setw(3)intbnum;//空闲盘块总数setw(3)structINODE//i结点(64B)已保证了每两个数据之间有空格隔开intfsize;//文件大小setw(6)intfbnum;//文件盘块数setw(6)intaddr[4];//四个直接盘块号(0512*4==2048)setw(3)*4intaddr1;//一个一次间址()setw(3)intaddr2;//一个两次间址()setw(3)charowner[6];//文件拥有者setw(6)chargroup[6];//文件所属组setw(6)charmode[11];//文件类别及存储权限setw(12)charctime[9];//最近修改时间setw(10)structDIR//目录项(36B)charfname[14];//文件名(当前目录)setw(15)14)intindex;//i结点号setw(3)(1517)charparfname[14];//父目录名setw(15)(1832)intparindex;//父目录i结点号setw(3)(33结点号，其实可以不要，基本是不用到或是可以不用的，但是当我意识到时，程序已编得差不多了，为了避免牵一发而动全身，只好留着！6．用户，密码和组我的用户组信息是存放在另一个文件(user.txt)中的。

三．各个主要功能模块(函数)的说明1.main.cpp:是程序的主函数模块主函数首先会根据控制文件control.txt的头一个位（初始化确定位）来确定是否进行初始化。如果初始化，那么将只有一个根目录。因为一旦初始化后，初始化确定位就会置为0，所以系统只会在第一次进入时初始化，以后都是在前面建立的文件结构上进行操作的。如果一定要系统初始化时，可把control.txt的头一个位置为1，或者使用命令“reset”。进入系统时，当前路径是根目录。然后是登陆请求。登陆后，超块读入内存（由一个结构对象superblock模拟），进入命令解析层，对用户的不同命令执行不同的操作。退出系统前，把内存的超块再写回disk.txt。2.head.h:是程序的所有全局变量、结构、函数声明的模块。也包括了所有要用到的系统库。3.blockinodesuperblock.h:是定义有关超块、结点、盘块、目录项的底层操作函数的模块。1．对结点的操作：intialloc(void);申请一个i结点返回结点号否则返回-1。返回的是空闲结点号栈中最小的结点号，结点用完时返回-1，申请失败。voidifree(intindex);指定一个结点号，回收一个i结点。

先清空结点，然后插入栈中合适位置（必须保持结点号的有序性）。voidreadinode(intindex,INODE&inode);读指定的i结点(n#结点，读指针应定位到514+64*n(64B)+2*(n/8))到INOEinode寄存便于对同一结点的大量操作voidwriteinode(INODEinode,intindex);把INODEinode写回指定的i结点2．对盘块的操作；用的是成组链接法。(n#盘块读指针应定位到514*n)intballoc(void);申请一个盘块返回盘块号否则返回-1voidbfree(intindex);voidreadsuper(void);读超块到内存SUPERBLOCKsuperblock;voidwritesuper(void);内存SUPERBLOCKsuperblock;写回超块4．对目录项的操作(n#目录项读指针应定位514*index+36*nvoidreaddir(INODEinode,intindex,DIR&dir);读指定目录项进临时对象DIRdir;voidwritedir(INODEinode,DIRdir,intindex);目录项对象DIRdir写到指定目录项4.initial.h:是定义初始化函数的模块其中包括了对用户组的初始化：定义三个用户adm,cnj和jtq,其中adm,cnj的组为adm，jtqguest。

用户的初始密码都为123。对超块的（0#盘块）初始化、对根目录文件结点（0#结点）的初始化、对数据盘块的初始化。5.userop.h:定义了两个功能函数：1．登陆boollogin(void);要求输入用户信息，并判断是否合法。 2．改变用户密码 void changepassword(void); 改变当前用户的密码。 file.h:定义了有关文件操作的四个函数 1．创建文件void mk(char *dirname,char *content); 当前目录下创建一个数据文件(规定目录文件只占1 个盘块)。虽然不要求这个函数，但我觉得很有必要。而且，因为我使用了两个参数，前一个表示文件名， 后一个表示文件内容，可以在文件拷贝里使用这个函数。 2．删除文件void rm(char *filename); 当前目录下删除指定数据文件 3．文件拷贝void cp(char*string); 给定一个路径，把那个文件拷贝到当前目录下。首先要使用dir.h 里面根据路径 找到目标的函数（find(char*string)）找到对应文件，如果是数据文件的话，记录文 件内容到一缓冲区，然后在当前目录下调用创建目录的函数，就完成了。

4．显示文件内容void cat(char *filename); 显示当前目录下指定数据文件的内容。 dir.h:定义两个底层函数 1．bool havesame(char *dirname,INODE inode,int &i,int &index2) 判断对象 inode 指向的目录文件盘块中有无该名（dirname）的目录项存在着， 有返回1 无返回0。同时，有该目录项的话，则按引用调用的i 为待删子目录目录项 下标 index2 为目录项中的待删子目录的结点号 2．bool find(char *string) 根据路径找到指定文件或目录。需要注意的是，使用此函数时当前路径跟着改掉了，所以使用前必须保存当前 路径。万一找不到目标的话，可以还原为当前路径。 定义了有关目录操作的四个功能函数， 1．void mkdir(char *dirname) 当前目录下创建目录(规定目录文件只占一个盘块。为了降低难度，已设定目录 文件只占一个盘块。 2．void rmdir(char *dirname,int index) 当前目录下删除目录。将要删除的目录可能非空。有两种策略：一、规定只能 删除空目录。

二、递归地将非空目录的所有子目录删除，让后再删除自己。第一种 实现较简单，我使用了第二种策略。所以参数为 (子目录名,当前结点)。如果使用第 一种策略的话，参数为只要子目录名就可以了。 3．void ls(void) 显示当前结点的所有子目录 4．void cd(char *string) 改变当前目录。有四中处理过程： string 为“.”切换到当前目录；为“..” 切换到父目录 ；为“/”切换到根目录；如果为一路径的话，就调用bool find(char *string) 切换到指定目录。 chsome.h：定义一个底层函数： bool havewpower(INODE inode) 判断当前用户对指定的结点有无写权限 定义四个功能函数： 1．void chmod(char *name) 改变当前目录下指定文件的文件权限 2．void chown(char *name) 改变当前目录下指定文件的文件拥有者(如拥有者在另一个组，那么组也要改掉) 3．void chgrp(char *name) 改变当前目录下指定文件的文件所属组 4．void chnam(char *name) 改变当前目录下指定文件的文件名 9.command.h:命令解析层函数模块。

接受用户命令，执行不同的操作。 四．命令格式及运行结果 一开始为登陆请求。可选用户为：adm cnj jtq 密码都是123 登陆后在根目录 pwd显示当前目录 2．mksome 创建bin dev 个目录这是我自己为方便添加的功能， ls显示当前目录下所有子目录 mkdirdirname 创建目录 mkfilename 创建数据文件 rmdirdirname 删除目录 切换当前目录基本没用处 cd 切换到父目录cd 子目录名 切换到子目录 cd /切换到根目录 10 cd 绝对路径 切换到指定目录 cp路径 把路径指定的文件拷贝到当前目录下 11 7．cat filename 显示当前目录下指定数据文件的内容 chmod name 改变当前目录下指定文件或目录的权限模式 chown name 改变当前目录下指定文件或目录的拥有者 chgrp name 改变当前目录下指定文件或目录的所属组 个人认为没用。可能是还不理解其用途。 chnam name 改变当前目录下指定文件或目录的名字 12 12．rm filename 删除当前目录下指定文件 13 13．login 当前用户注销新用户登陆 14．reset 系统重置 既是把初始化函数执行一下 15．exit 安全退出系统。

如果不是安全退出的话，超块不会写回内存。下次进入必须要系统重置 五．心得体会 这次实验是有生以来写的最长的代码。多达1700 行。至少花了本人一 个半星期的时间。其中还包括两次通宵，n 次夜班。写完后，自己都不敢相 信自己写了那么多。很有成就感。嘎嘎~~~ 其实，上课认真听了的话，从理论上理解UNIX 文件系统并不难，最多 是多看几遍书，多查查资料，难的是用代码去解决具体问题。以前编程是有 具体算法的，就算不理解都能搞定。这次就不行了，只给出问题。那么，要 编好程序，除了经验，就要求非常深的本质上的理解了。 14 编程过程中碰到很多问题，例如文件流的操作。本来还以为对文件流懂 得差不多了，这次实验又出现问题：1.单ios::out 摧毁原文件的问题。2.不能 同时打开两个文件流的问题。。。等！都耗了不少时间才发现并纠正的。 这次实验不仅让我大大加深了对操作系统这门课的理解，更重要的是提 高了我编程序，特别是系统程序的能力！ 六．C++源代码 main.cpp#include "head.h" #include "blockinodesuperblock.h" #include "initial.h" #include "userop.h" #include "file.h" #include "dir.h" #include "command.h" #include "chsome.h" voidmain() ios::nocreate);int control>>i;control.close(); if(i!=0)//不为0 就初始化 ios::nocreate);control.seekp(0); controlid;num++; if(id==0) break; disk.seekg(514*temp);//盘块内容读入栈for(int j=10-num;j>id;superblock.fbstack[j]=id; 17 superblock.fbptr=num;disk.close(); ios::nocreate);//清空回收盘块 disk.seekp(514*temp); disksuperblock.fbptr;//空闲盘块号栈指针disk>>superblock.inum;//空闲结点号总数 disk>>superblock.bnum;//空闲盘块号总数 disk.close(); voidwritesuper()//内存写回超块 ios::nocreate);int diskinode.fsize;//文件大小 disk>>inode.fbnum;//文件盘块数===> 目录文件为1 数据文件1~4 都有 for(int disk>>inode.addr[i];disk>>inode.addr1;//一个一次间址()===> 不使用了 disk>>inode.addr2;//一个两次间址()===> 不使用了 disk>>inode.owner;//文件拥有者 disk>>inode.group;//文件所属组 disk>>inode.mode;// 文件类别及存储权限 disk>>inode.ctime;//最近修改时间 disk.close(); voidwriteinode(INODE inode,int index)//把INODE inode 写回指定的i 结点 ios::nocreate);disk.seekp(514+64*index+2*(index/8)); disk>dir.parfname; disk>>dir.parindex; disk.seekp(514*inode.addr[0]+36*index); disk>content;mk(filename,content); !strcmp(commond,"cp"))//文件拷贝****(把指定目录下的指定文件拷贝到当前目录下) have=true;char string[100];// cin>>string; cp(string); !strcmp(commond,"rm"))//数据文件删除****当前目录下删除 have=true;char filename[14]; cin>>filename; rm(filename); !strcmp(commond,"cat"))//显示文件内容(当前目录下指定数据文件) have=true;char filename[14]; cin>>filename; cat(filename); !strcmp(commond,"chmod"))//改变文件权限 have=true;char name[14]; cin>>name; chmod(name); !strcmp(commond,"chown"))//改变文件拥有者(如拥有者在另一个组，那么组也要改掉) have=true;char name[14]; cin>>name; 23 chown(name); !strcmp(commond,"chgrp"))//改变文件所属组(?) have=true;char name[14]; cin>>name; chgrp(name); !strcmp(commond,"chnam"))//改变文件名 have=true;char name[14]; cin>>name; chnam(name); !strcmp(commond,"pwd"))//显示当前目录 have=true;cout

（编辑：云计算网_宿迁站长网）

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