操作系统课程设计——文件管理系统(C语言版)
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实验一、进程的创建与撤销:http://t.csdnimg.cn/po4V0
实验二、银行家算法:http://t.csdnimg.cn/O5zoF
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文件管理
一、目的
二、设计内容
三、 设计要求
四、设计思想
1、总体设计思想
2、 结构体FCB
3、创建文件或目录
4、寻找空磁盘存文件
5、删除文件
五、源代码
六、运行结果
七、课设总结:
文件管理
一、目的
通过模拟磁盘,完成操作系统的文件管理功能,掌握包括目录结构的管理、外存空间的分配与释放以及空闲空间管理三部分。为写入模拟磁盘的数据文件建立目录,目录可以是单级文件目录、双级文件目录、树形结构目录。在目录中选择某个文件可以将其数据读入模拟内存。
二、设计内容
1、通过初始化操作建立一个模拟磁盘,在模拟磁盘中保存目录和文件内容。创建该模拟磁盘时可创建初始的根目录内容、文件分配表。
2、文件目录项(可以采用FCB格式)应包括文件名、类型(目录 or文件)、创建日期、大小、第一个磁盘块块号。
3、目录管理需支持:
- (1)新建目录:在目录中新建空目录;
- (3)删除目录:删除空目录
- (4)为文件建立目录项:一个文件创建成功后,为该文件创建目录项,并将文件和相关信息写入目录;
- (5)删除文件:删除目录中某个文件,删除其在磁盘中的数据,并删除目录项。如果被删除文件已经读入内存应阻止删除,完成基本的文件保护。
三、 设计要求
1.不同的功能使用不同的函数实现(模块化),对每个函数的功能和调用接口要注释清楚。对程序其它部分也进行必要的注释。
2.对系统进行功能模块分析、画出总流程图和各模块流程图。
3.用户界面要求使用方便、简洁明了、美观大方、格式统一。所有功能可以反复使用,最好使用菜单。
4.通过命令行相应选项能直接进入某个相应菜单选项的功能模块。
5.所有程序需调试通过。
四、设计思想
1、总体设计思想
此文件管理系统主要分为两个模块,一是目录管理,二是文件管理。
具体的模块功能如下:
(1)目录管理:目录管理主要是对目录的操作,包括创建、删除、查看、修改目录名以及切换目录等。
- 创建目录:在当前目录下新建空目录,新件目录名不能与同级目录重名,但不同级目录可以重名。
- 删除目录:在当前目录下删除空目录,如果不是空目录不可以删除。
- 查看当前目录下的信息:可以查看当前目录的下的目录和文件,展现其相关信息,如名称、类型、创建时间、文件大小等。
- 修改目录名:在当前目录下可修改目录名称,同理修改后的名称不能与同级目录重名。
- 切换目录:在当前目录下可切换到上一级目录和下一级目录中。
(2)文件管理:主要是对文件的操作,包括创建、删除、修改文件名、打开、关闭文件以及查看FAT表和位示图等。
- 创建文件:在当前目录下创建文件,在创建时需要输入名称、文件大小。
- 删除文件:在当前目录下删除文件,当文件是打开状态则不能删除,必须先将其关闭后才能成功删除文件。
- 修改文件名:在当前目录下可修改文件名称,同理修改后的名称不能与同级目录下的重名。
- 查看FAT和位示图:查看文件分配表,即文件具体存储的盘块的位置,查看位示图,即当前盘块的状态。
2、 结构体FCB
该文件管理系统设计了一个文件目录项,采用FCB格式,其中包括文件名、类型(目录or文件)、创建时间、大小、第一个盘块号。其中存储目录或文件采用二叉树的模式。FCB结构体定义如下:
typedef struct FCB { //文件或目录控制块 char name[10]; //文件或目录名 int size; //文件或目录大小,目录大小可设置为 0 char type; //类型,1 为文件,2 为目录 int first; //外存起始位置 -1被占 -2未被占 char datetime[128]; //日期时间,格式为 yyyymmdd hhmmss struct FCB *next; //下一个兄弟节点,相同父结点的节点称为兄弟结点 struct FCB *child; //第一个孩子节点 struct FCB *parent; //父节点 int read = 0; //是否打开,1为打开,0为关闭 } F;
3、创建文件或目录
4、寻找空磁盘存文件
当新建文件时,需要根据文件大小为其分配磁盘空间存储文件。该功能主要是通过findNULL()函数实现的,主要思想如下:
首先,通过文件大小f_size计算需要多少个盘块F_SIZE,需要使用向上取整的方式计算,已经规定每个盘块大小为10B,计算方法如下:F_SIZE=(f_size - 1)/10然后利用for循环遍历b[][]位示图数组,找到空闲盘块,将其转换为盘块号 x=i*8+j,并将盘块号x存放在临时数组m[100]中,并修改位示图,b[i][j]=1(为1表示占用,0表示未占用),跳出本次循环,然后在进行第二次循环寻找第2个可用盘块,直到k=F_SIZE,结束最外层循环,已经全部找到可用盘块位置。
其次 ,当盘块号全部找到后修改FAT表(-2表示未被占用,-1表示已用,大于0 的数表示磁盘号),FAT表是一个索引表,FAT[i]表示下一个盘块号,i表示该文件的第一个盘块号。
5、删除文件
定义全局结构体变量p,指向当前目录,定一个局部结构体变量np,并使np=p。删除文件首先要输入删除文件或目录名name,然后遍历二叉树找到该目录的前一个结点,即np->next->name=name,然后判断np->next是的类型是否为文件,如果是将其删除,并调用updateTable()更新FAT表和位示图。如果都遍历完没有找到,提示用户该文件不存在!
6、切换目录
定义全局结构体变量p,指向当前目录,定一个局部结构体变量np,并使np=p,在使得np指向其孩子结点。利用while循环遍历二叉树,寻找到np->name=name, 找到后将np赋给p,使得p指向np.当np==NULL ,提示用户未找到该文件或目录。最后调用updatelujing()函数显示当前路径。
五、源代码
#include #include #include #include /* 先假设内存大小为64kb,块大小为1K,一个文件或目录最多可以用3个盘块存储 1、先建立位示图,利用随机函数生成*/ // 1为目录,2为文件 void menu(); //菜单 void initdir(); //初始化根目录 void byteCreat(); //创建位示图 void updatelujing(); //更新当前光标所在位置(就是路径) int updateTable(int, int); //当文件删除时,修改FAT表和修改位示图 int findNULL(); //寻找空位置 void getTime(); //获取时间 void create_Dir(int); //创建目录或者文件 void delDir(char *); //删除空目录 void printNow(); //显示当前目录下的文件或目录 void delFile(char *); //删除文件 void cdir(char *); //切换下一级 void byteShow(); //显示位示图 void fatShow(); //显示FATm void openfile(char); //打开文件 void closefile(char); //关闭文件 typedef struct FCB { //文件或目录控制块 char name[10]; //文件或目录名 int size; //文件或目录大小,目录大小可设置为 0 char type; //类型,1 为文件,2 为目录 int first; //外存起始位置 -1被占 -2未被占 char datetime[128]; //日期时间,格式为 yyyymmdd hhmmss struct FCB *next; //下一个兄弟节点,相同父结点的节点称为兄弟结点 struct FCB *child; //第一个孩子节点 struct FCB *parent; //父节点 int read = 0; //是否打开,1为打开,0为关闭 } F; int COUNT = 0; //文件个数 int F_SIZE; //一个文件可以占几个盘块 // int F_SIZE_LIST[50]; //每个文件的盘块个数 F *p = NULL; //全局变量,指向当前目录 int b[100][100]; //位示图数组 int FAT[100]; //文件分配表 // node *head = NULL; //全局变量,? // 1、获取当前创建时间,利用time函数 void getTime(FCB *f) { time_t t; //时间对象变量 char buf[128]; memset(buf, 0, sizeof(buf)); //清空数组 struct tm *tmp; //时间结构体 t = time(NULL); tmp = localtime(&t); strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", tmp); for (int i = 0; i datetime[i] = buf[i]; } } //创建位示图 void byteCreat() { srand((unsigned)time(NULL)); for (int i = 0; i name, name); //赋值 //-------创文件-------- if (a == 1) // ,1表示文件 { int f_size; printf("\n请输入文件大小(单位B):"); scanf("%d", &f_size); f->size = f_size; F_SIZE = (f_size - 1) / 10; //向下取整,算个需要多少盘块 f->read = 0; // F_SIZE_LIST[COUNT] = F_SIZE; //将这个文件需要的盘块数存入数组中 COUNT++; //文件数加一 f->type = 1; //写入类型 f->first = findNULL(); //找空位置,返回x,x是第一个磁盘号(位置) printf("\n----找到的起始位置是:%d\n\n", f->first); } //----------创目录--------- if (a == 2) // 2表示目录 { f->type = 2; f->first = -2; f->size = 0; } getTime(f); f->child = NULL; f->next = NULL; f->parent = np; // np当前目录 if (np->child == NULL) { np->child = f; } //当前使用用的是链表进行存储文件的,映射成一棵树, //在当前目录创建,需要找到一个结点,该结点的兄弟结点为空时,插入,就是在最后插入 else //进入当前子目录 { np = np->child; //指向第一个目录或文件,假设为F1 if (a == 2) { if (np->type == 2) //目录 { //有两个情况,1是建在目录和文件,2是建在目录与目录中(正常情况) while (np->next != NULL) //指当前F1的兄弟结点不为空 { if (np->type == 2 && np->next->type == 1) //新建在目录和文件中间 { break; } np = np->next; //指向下一个,继续找兄弟节点直到找到没有兄弟结点的位置,也就是末尾。 } //没有兄弟节点位置,末尾插入, f->next = np->next; np->next = f; } } else if (a == 1) //文件的,同理 { while (np->next != NULL) { np = np->next; } f->next = np->next; np->next = f; } } } // 4、更新当前光标所在位置(就是路径) void updatelujing() //更新当前光标所在位置(就是路径) { F *np = p; //将np指向当前目录 ,FCB F a[100]; //临时存储文件或目录信息结构体数组 int count = 0; // 局部变量?? while (np->parent != NULL) //如果父结点不为空,第一次未创建文件或目录时不会执行 { a[count] = *np; //将当前信息存入数组a中 np = np->parent; // np从当前位置一直往上找父节点,直到根目录就结束 count++; //??? } //输出当前目录前的路径,除了它本身,这样是为了可以输出root\> for (int i = count - 1; i > 0; i--) { printf("%s\\", a[i].name); } //输出当前目录的名字。 printf("%s\\", p->name); // p是当前目录,没有创建目录时,p->name为root printf(">"); //最后打印出来就是 root\> } //初始化根目录 void initdir() { F *f = (F *)malloc(sizeof(F)); //开辟一个FCB,根目录 //初始化根目录 独立出来 strcpy(f->name, "root"); f->type = 2; // 2表目录 f->size = 0; //大小为0 getTime(f); //获取创建时的时间 f->child = NULL; //孩子结点为空 f->next = NULL; //下一个兄弟节点 f->parent = NULL; //父节点 f->first = -2; p = f; // p指向当前目录,p指向根目录 } void delDir(char *name) //删除空目录,删除当前目录的一级子目录,且为空目录 { int flag = 0; F *np = p; if (np->child == NULL) //当前目录下的 printf("无此目录\n"); else { np = np->child; if (strcmp(np->name, name) == 0 && np->child == NULL) //为第一个,当前的子目录 { p->child = np->next; free(np); printf("成功删除此目录\n"); flag = 1; } else { while (np->next != NULL) //找到要删除的前一个并且为空文件夹 { if (strcmp(np->next->name, name) == 0 && np->next->child == NULL) { np->next = np->next->next; //把当前np的兄弟结点指向要删除的兄弟结点,后一个目录往前移 flag = 1; printf("成功删除此目录\n"); break; } np = np->next; } } if (flag == 0) { printf("删除失败!无当前目录或当前目录不为空\n"); } } } //输出当前目录下的文件或目录 void printNow() { F *np = p; if (p->child == NULL) { printf("当前文件夹为空\n"); } else { np = np->child; // printf("%s .\n", np->parent->datetime); printf("%s ..\n", np->parent->datetime); while (np != NULL) { printf("%s 类型:%d 名字:%s\n", np->datetime, np->type, np->name); np = np->next; } } } //删除文件 void delFile(char *name) { int flag = 0; F *np = p; if (np->child == NULL) printf("无此文件\n"); else { np = np->child; if (strcmp(np->name, name) == 0) //为第一个 { if (np->read == 0) { printf("\n文件状态%d \n", np->read); p->child = np->next; printf("\n成功删除此文件\n"); updateTable(np->first, np->size); //更新fat表 flag = 1; } else { printf("\n文件状态%d \n", np->read); flag = 1; printf("\n文件已经打开,请关闭再删除!\n"); printf("删除失败!\n\n"); } } else { while (np->next != NULL) { if (strcmp(np->next->name, name) == 0) //找到前一个,要删除的 { if (np->next->read == 0) { printf("\n文件状态%d \n", np->next->read); updateTable(np->next->first, np->next->size); //更新fat表 np->next = np->next->next; flag = 1; printf("成功删除此文件\n"); break; } else { printf("\n文件状态%d \n", np->next->read); flag = 1; printf("\n文件已经打开,请关闭再删除!\n"); printf("删除失败!\n\n"); } } np = np->next; } } if (flag == 0) { printf("删除失败!无当前目录或当前目录不为空\n"); } } } //更新FAT表和位示图 int updateTable(int first, int size) //更新FAT表 { int next = first; // 第一个盘号 int p_count = (size - 1) / 10; int m[50]; //临时数组,存该文件的每个盘块号 //m[0] = next; int count = 0; //找到所有盘块号,存入m int i = next; while (1) { // if (FAT[i] != -2 && FAT[i] != -1) //不为-2 int j = FAT[i]; m[count] = i; count++; i = j; if (j == -1) { break; } } //修改FAT for (int i = 0; i child; //让np指向当前目录的孩子结点(下一级目录或文件) if (strcmp(np->name, name) == 0) //判断两个是否相等 { p = np; //找到并进入,当前目录p就为np } else { while (strcmp(np->name, name) != 0) { //不等于,就找下一个 np = np->next; //找其 if (strcmp(np->name, name) == 0) //找到就进入 { p = np; //找到并进入 break; } if (np == NULL) //全部遍历完,都没有找到 { printf("未找到此目录"); break; } } } } //显示位示图 void byteShow() { for (int i = 0; i child; //让np指向当前目录的孩子结点(下一级目录或文件) if (strcmp(np->name, name) == 0) //判断两个是否相等 { np->read = 1; //标记状态已读 } else { while (strcmp(np->name, name) != 0) { //不等于,就找下一个 np = np->next; //找其 if (strcmp(np->name, name) == 0) //找到就进入 { // p = np; //找到并进入 np->read = 1; //标记状态已打开 printf("\n文件已经打开!\n"); break; } if (np == NULL) //全部遍历完,都没有找到 { printf("未找到此目录"); break; } } } } void closefile(char *name) //关闭文件 { F *np = p; np = np->child; //让np指向当前目录的孩子结点(下一级目录或文件) if (strcmp(np->name, name) == 0 && np->type == 1) //判断两个是否相等,且为文件 { np->read = 0; //标记状态已读 } else { while (strcmp(np->name, name) != 0) { //不等于,就找下一个 np = np->next; //找其 if (strcmp(np->name, name) == 0 && np->type == 1) //找到就进入 { // p = np; //找到并进入 np->read = 0; //标记状态已关闭 printf("\n文件已经关闭!\n"); break; } if (np == NULL) //全部遍历完,都没有找到 { printf("未找到此目录"); break; } } } } //菜单 void menu() { char choise[10]; char f_name[10]; int flag = 1; while (flag) { printf("\n*************文件系统***************************\n"); printf(" 1.md(创建目录)\n"); printf(" 2.rd(删除目录)\n"); printf(" 3.dir(列出当前目录下信息)\n"); printf(" 4.mk(创建文件)\n"); printf(" 5.del(删除文件)\n"); printf(" 6.cd(切换目录)\n"); printf(" 7.cd..(返回上一级)\n"); printf(" 8.fat(展示文件分配表FAT)\n"); printf(" 9.show(展现位示图)\n"); printf(" 10.open(打开文件)\n"); printf(" 11.close(关闭文件)\n"); printf("*************************************************\n\n"); do { //更新当前所在(当前所在路径)* updatelujing(); scanf("%s", &choise); //创建目录* if (strcmp(choise, "md") == 0) { create_Dir(2); // 2为目录,1为文件 } //删除空目录* else if (strcmp(choise, "rd") == 0) { //printf("请输入需要删除的文件名\n"); scanf("%s", f_name); delDir(f_name); } //显示当前目录下目录或文件* else if (strcmp(choise, "dir") == 0) // { printNow(); } //创建文件* else if (strcmp(choise, "mk") == 0) { create_Dir(1); // 1为文件 } //删除文件* else if (strcmp(choise, "del") == 0) { //printf("请输入需要删除的文件名\n"); scanf("%s", f_name); delFile(f_name); //删除文件 } //切换下一级目录* else if (strcmp(choise, "cd") == 0) { //printf("请输入目录名\n"); scanf(" %s", f_name); cdir(f_name); } //切换上一级* else if (strcmp(choise, "cd..") == 0) { p = p->parent; //直接让当前目录的指针指向父节点。 } //展示FAT* else if (strcmp(choise, "fat") == 0) { fatShow(); } //展示位示图* else if (strcmp(choise, "show") == 0) { byteShow(); } else if (strcmp(choise, "open") == 0) //读文件 { //printf("请输入需要读的文件名\n"); scanf("%s", f_name); openfile(f_name); } else if (strcmp(choise, "close") == 0) //写文件 { //printf("请输入需要关闭的文件名\n"); scanf("%s", f_name); closefile(f_name); } } while (flag == 1); } } int main() { printf("\n------初始化根目录中...\n"); initdir(); //初始化根目录 printf("****初始化位示图\n"); byteCreat(); //创建位示图 menu(); //菜单 return 0; }
六、运行结果
1、进入系统初始界面
2、测试数据
(1)创建目录
测试在根目录root下创建两个子目录11和22,在子目录11中在创建子目录111。结果如下:
(2)删除空目录
测试删除目录,删除目录11,和目录222,只有空目录才能删除。测试结果如下:
(3)切换目录
(4)创建文件
- 在根目录下创建qq.txt 文件,大小为32B测试结果如下:
- 在11目录下新建文件ww.txt 大小为21B,测试结果如下:
(5)删除文件
测试在11目录下删除已打开的ww.txt文件,文件打开状态不能删除文件,关闭后才能删除。测试结果如下:
(6)打开文件
打开ww.txt文件,测试结果如下:
(7)关闭文件
关闭qq.txt文件,测试结果如下:
七、课设总结:
本次课程设计的选题是文件管理,在此次课程设计中收获颇多。不仅加深了对操作系统这门课程的理解,通过实操还将课本上的知识、对文件管理所涉及的思想应用到实际的开发上。在此次设计过程中也遇到了一些问题及其解决方案如下:
(1)最开始新建文件时,是固定了每个文件只能占3个盘块,后来发现这是一个可以改进的缺陷,于是在FCB结构体中在定义了一个代表文件大小的属性size,然后模拟的一个磁盘大小是10B,一共64个磁盘。通过对向上取整根据每个文件大小计算需要多少个盘块,即F_SIZE=(size-1) /10.这样就得到F_SIZE每个文件所需的盘块数。最后利用三重for循环将所需的盘块,每次找到一个空闲磁盘块就结束,寻找第二个时从头开始找。找到并存入临时数组m[100]中。其中在查找空闲磁盘块中也是存在缺陷的,时间复杂度较高。还有改进的空间,可改成找到所有所需的磁盘块在结束,即寻找第二个盘块就无需从头开始。
(2)在新建文件后更改FAT表时也存在一些缺陷。原先设计的FAT表中如果FAT[i]为大于0的数就是代表盘块号,在后续的开发中发现,当需要寻找每个文件存储在哪个盘块时比较麻烦,后来回归课本,发现可以使用索引的方式可以快速的、准确的找到每个文件所占用的盘块号,即FAT[i]表示下一个盘块号,i表示文件的第一个盘块号。
(3)在删除文件后需要更改FAT表及位示图中也遇到一些麻烦。因为FAT[i]表示的含义下一个盘块号,就无法使用简单的遍历FAT表找到就将其修改。因为这个问题想了很久,最终找到了解决方法,具体实现是这样的,先取出该文件的一个盘块号first和文件大小,计算该文件需要多少个盘块记为F_SIZE,利用while循环在循环中定义一个变量j,存FAT[i]的值,即索引的下一个盘块号,i=first即最开始为第一个盘块号,先将i存储在临时数组m[ ]中,然后使i=j,继续进入下一次循环,直到j=-1,( 即FAT[i]=-1表示最后一个磁盘没有索引号了 ),故结束循环.最后利用m数组修改FAT和位示图。