操作系统课程设计实践报告

文件系统仿真实现的实验报告

操作系统原理课程设计

实践报告

题 目:

姓 名: 学 院: 专 业:

班 级: 学 号: 指导教师:

LINUX文件管理系统的仿真实现 关子俞、温季逾、田耕苗 信息科技技术学院 计算机科学技术 计科121 19212108、19212128、333

姜海燕 职称: 教授

是否申请优秀： 否

2015年3月 18 日

文件系统仿真实现的实验报告

目录

1.目的与意义 .................................................................................................................................... 2 2.理论分析........................................................................................................................................ 3

2.1文件系统结构 ..................................................................................................................... 3 2.2文件目录结构 ..................................................................................................................... 3 2.3文件的逻辑结构 ................................................................................................................. 3 2.4文件的物理结构 ................................................................................................................. 4 2.5系统调用的实现 ................................................................................................................. 4 2.6文件共享 ............................................................................................................................. 4 2.7文件空间管理 ..................................................................................................................... 4 3.核心技术以及技术路线 ................................................................................................................ 4 4.功能设计、结构设计、核心算法以及数据结构 ........................................................................ 5

4.1功能设计 ............................................................................................................................. 5 4.2结构设计 ............................................................................................................................. 7 4.3数据结构以及核心算法 ..................................................................................................... 7

4.3.1初始化/格式化format模块 .................................................................................... 7 4.3.2用户登录模块 .......................................................................................................... 8 4.3.3存储空间管理 ........................................................................................................ 10 4.3.4文件目录 ................................................................................................................ 11 4.3.5查看磁盘使用情况 ................................................................................................ 14 4.3.6文件操作：新建、打开、关闭、读、写、重命名、删除、错误提示 ............ 16 4.3.7定义全局变量 ........................................................................................................ 22 4.3.8核心数据结构 ........................................................................................................ 23 4.3.9硬链接 .................................................................................................................... 24

5.运行环境、调试分析 .................................................................................................................. 25

5.1运行环境 ........................................................................................................................... 25 5.2调试分析 ........................................................................................................................... 25 6.讨论 ............................................................................................................................................. 27

6.1存在问题 ........................................................................................................................... 27 6.2改进建议 ........................................................................................................................... 27 7.实践体会以及心得 ...................................................................................................................... 27

文件系统仿真实现的实验报告

操作系统中LINUX文件管理系统的仿真实现

计科121 关子俞，温季逾，田耕苗

指导教师 姜海燕

摘要：文件系统是操作系统中负责存取和管理信息的模块，它采用统一方法管理用户信息和系统信息的存储、检索、更新、共享和保护，并为一欧诺个户提供一整套行之有效的文件使用及操作方法。对于系统而言，必须采用特定的数据结构和有效算法，实现文件的逻辑结构到存储结构的映射，实现对文件存储空间和文件信息的管理，提供多种存取方法。本次的文件管理系统的仿真实现可以模拟完成用户的登陆和验证,列出文件和目录,新建目录,改变目录,创立和编写文件,删除文件和退出系统等功能。

关键字：操作系统；文件系统；仿真；计算机

1.目的与意义

进入20世纪90年代以后，计算机科学技术突飞猛进，操作系统又是计算机

领域最活跃的分支之一，操作系统的新概念新技术和新方法层出不穷，促使现代操作系统发生了巨大的变化。所以开设操作系统课程设计是非常重要的，可让学生充分了解传统操作系统的基本概念技术方法，又能融合现代操作系统最新技术发展和应用的讨论，将操作系统理论知识和实践实习紧密的结合起来。既有利于学生的知识获取，又有利于学生的能力培养。

而在整个操作系统中，文件系统的作用是至关重要的，它是用户和系统的中

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枢结构，是一架桥梁。

文件系统的存在可以实现文件的按名存取，实现从逻辑文件到物理文件的转换，文件目录的建立和维护，文件的查找和定位，文件存储空间的分配和管理，提供文件的存取方法和文件存储结构，实现文件的共享保护和保密，提供一组易用的文件操作和命令等，提高了整个系统的资源利用率。

2.理论分析

2.1文件系统结构

文件系统通常采用分层结构实现，大致分为三层：文件管理、目录管理和磁盘主存映射管理。（1）文件管理层实现文件的逻辑结构，为用户提供各种文件系统调用，及文件访问权限设置等工作；（2）目录管理负责查找文件描述符，今儿找到需要访问的文件，并进行访问权限检查等工作；（3）磁盘主存映射管理将文件的逻辑地址转换成磁盘的物理地址，即由逻辑块号找到柱面号、磁道号和扇区号，集体数据传输操作由设备管理实现。

2.2文件目录结构

UNIX采用树型目录结构，每个目录表称为一个目录文件。

一个目录文件是由目录项组成的。每个目录项包含16B，一个辅存磁盘块(512B)包含32个目录项。在目录项中，第1、2字节为相应文件的外存i节点号，是该文件的内部标识；后14B为文件名，是该文件的外部标识。所以，文件目录项记录了文件内、外部标识的对照关系。根据文件名可以找到辅存i节点号，由此便得到该文件的所有者、存取权、文件数据的地址健在等信息。UNIX的存储介质以512B为单位划分为块，从0开始直到最大容量并顺序加以编号就成了一

i节点区 文件存储区

2.3文件的逻辑结构

文件的逻辑结构和组织是从用户的观点出发，研究用户概念中抽象的信息组

织方式，这是用户能观察到的客家处理的数据集合。忧郁数据可独立于物理环境构造故称逻辑结构，相关数据的集合构成逻辑文件。系统提供若干操作以便使用者构造文件，如此用户可不顾文件的物理结构利用文件名就能进行有关操作。文件的逻辑结构分为流式文件和记录式文件两种基本形式。记录成组和分解处理能节省存储空间提高系统效率，缺点是需要软件进行成组和分解的额外操作以及需

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要较大的I/O缓冲区。

2.4文件的物理结构

文件的物理结构和组织是指逻辑文件在物理存储空间中的存放方法和组织关系，这使得文件看做物理文件，即相关物理块的集合。构造文件物理结构有两种方法即计算法和指针法。其中计算法是指通过用线性计算法、杂凑法等通过记录键进行计算转换成对应物理地址的方法，存取效率较高；指针法则是设置专门的指针致命相应记录的物理地址或表达各记录之间的关联，索引文件属于此类，该方法便于随机存取更新，加快存取速度。根据实际情况有顺序文件、连接文件、直接文件和索引文件三种文件物理结构。

2.5系统调用的实现

文件系统向应用程序提供的一组系统调用包括：建立、打开、关闭、撤销、读、写和控制，通过这些用户能获得文件系统的各种服务。一般提供创建、删除、打开、关闭、读写、随机存取等操作。

2.6文件共享

文件共享是指不同的进程共同使用一个文件，文件共享不仅为不同的进程完成共同任务所必需，而且还节省大量的辅存空间，减少因文件复制而增加的I/O操作次数，一般有静态共享、动态共享和符号链接共享三种形式。在UNIX/Linux系统中，允许多个用户静态共享或动态共享同一个文件，当一个文件被多个进程动态的共享使用时，每个进程可以使用各自的读写指针，但也可以共用读写指针。

2.7文件空间管理

在磁盘等大容量辅助存储器空间中，用户作业运行期间经常要建立、扩充和删除文件，文件系统应能自动管理和控制辅存文件空间。辅存文件空间分配常以连续分配和非连续分配两种方法进行分配。而文件辅存空间管理方法通常有：位示图、空闲区表、空闲块链和成组空闲块链四种。

3.核心技术以及技术路线

采用二级目录结构，其中第一级对应于用户账号，第二级对应于用户账号下的文件。

模拟实现多用户多目录的文件系统,在系统出现登录后 ,输入用户与口令,在用