FAT文件系统操作系统课程设计实验报告.doc

操作系统课程设计之三
设计任务：模拟OS文件系统
在任一OS（Window或者Dos；也可以是在Linux下，但要求能将结果演示给老师看）下，建立一个大文件，把它假象成一张盘，在其中实现一个简单的模拟OS文件系统。
1、在现有机器硬盘上开辟10M（共10000个盘块，每盘块大小为1k）的硬盘空间（生成一个10M的用户文件SDisk.dat即可），作为设定的硬盘空间。
2、编写一管理程序SDisk，对此空间进行管理，以模拟OS文件系统，要求：
⑴、盘块大小1k
⑵、空闲盘块的管理：采用位示图法
⑶、文件空间管理：采用FAT（文件分配表），每个盘块号占2个字节
⑷、目录项管理：
①、每个目录项占用32字节，其中前8个字节（0-7）为文件名，之后跟3个字节（8-10）的扩展名，26-27字节，存放文件的第一个盘块号，最后四个字节（28-31），存放文件长度（如果目录项对应的是下一级子目录（文件），其文件长度部分为0）
②、目录按文件方式管理，每个目录仅用一个盘块（即1k，最多装32个目录项）
③、第0个目录项为本目录，即“.”，第0个字节为“.”，即0x2E，第26-27字节指明本目录所在盘块。
④、第1个目录项为父目录，即“..”，第0，1个字节为“..”即0x2E,0x2E，第26-27字节指明父目录所在盘块。
⑤、每个目录实际能放下文件或子目录30项。
⑸、文件系统空间分配：
①、第0个盘块（1k）存放磁盘信息（可以设定为格式说明“FAT32”、盘块大小，盘块数等内容）
②、第1个盘块起，至125盘块，共125个盘块（125k）存放FAT内容
③、第126、127（2个）盘块，存放位示图
④、从第128盘块至10000盘块，皆为数据（区）盘块，其逻辑编号从0开始，至9872号数据盘块，即第0数据盘块为128号盘块，第1数据盘块为129号盘块，…
⑤、第0数据盘块（即128号盘块），存放根目录（同样只用一个盘块作根目录），由于第0、1目录项为“.”（本目录）,“..”（父目录），因此根目录下同样只能存放30个文件或目录，并且从第2个目录项开始。
⑥、文件或子目录数据，放在第1数据盘块及以后的数据盘块中，由用户按需要使用。
3、SDisk管理程序的功能要求如下：
⑴、正常情况下，显示等待命令输入符号#
⑵、改变目录命令：
#cd目录名，改变当前工作目录，目录不存在时给出出错信息
#cd..，返回上一级目录，如果是根目录，给出提示信息
⑶、生成新目录
#md目录名，创建新目录（需要更改FAT内容和位示图内容）
⑷、删除目录
#rd目录名，删除目录，如果目录不存在时给出出错信息（需要更改FAT内容和位示图内容）
⑸、显示目录
#dir，显示指定目录下或当前目录下的信息，包括文件名、扩展名、物理地址（文件或目录第一个盘块号）、文件长度、子目录
⑹、创建新文件
#CreateFile文件名.扩展名文件长度，根据文件名.扩展名，创建一个目录项（fcb），根据文件长度和位示图中空闲盘块情况，分配足够多的连续盘块，给新文件（需要更改FAT内容和位示图内容）。
⑺、删除文件
#DelFile文件名.扩展名，在文件所在的目录项中，将第一个字节变为0xE5，并同时修改FAT内容和位示图内容；如果文件不存在，给出出错信息
⑻、文件拷贝
#CopyFile老文件,新文件，为新文件创建一个目录项，并将老文件内容复制到新文件中，并同时修改FAT内容和位示图内容
⑼、显示位示图内容
#ShowBitMP，将位示图内容（已有信息部分），显示在屏幕上（按十六进制）
⑽、显示FAT内容
#ShowFAT，将FAT内容（已有信息部分），显示在屏幕上（按十六进制）
4、程序的总体流程为：
⑴、输出提示符#，等待接受命令，分析键入的命令；
⑵、对合法的命令，执行相应的处理程序，否则输出错误信息，继续等待新命令
（1、请参考“03.FAT32文件系统简介.doc”中，有关文件系统的规定；
2、请参考WinHex中，目录所显示的信息进行编程）
//关于FAT和MAP表的解释
//用bitset库，做MAP的是否判断，因为作业要求从数据块从128位开始，所以bitset的前128位被置为-1，同样FAT表也是，其次，MAP表和FAT表同样是用数组方式做保存，这样就略过了是对具体地址的操作，从数组的下标很容易的定位，
关于对FAT表和MAP表的用法
1. 当要用到数据块是，查询MAP表（因为只做比较查询即可）,查询到的未用位置置1，然后在FAT表上进行相应记录，在本程序做出的规定是，当文件夹FAT表做-1，若是文件则按照FAT做对应的顺序记录，最后一块同样是-1结束，
2. 回收的时候，是按照FAT表的首项，做顺序置0，然后MAP也在相应位置置0
#include<iostream>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string>
#include<bitset>
/***********************************************************/
//AUTHOR:CHENLOG
//ENVIROMENT:VC2008WIN7
//DATE:2011-6-5VERSION1.0
/***********************************************************/
usingnamespacestd;
constintBLOCKNUM_SIZE=2; //盘块号大小
constintBLOCK_SIZE=1024; //一个盘块大小数
constintBLOCK_NUM=10001; //盘块数量
constintDISK_SIZE=1024*1000*10; //磁盘大小
constintLIST_SIZE=32; //目录项大小
constintMAP_SIZE=10001; //MAP长度
constintFATNUM=125; //FAT的盘块数第块没有用
constintFATLIST=512; //每个盘口FAT的记录数
constintDATABEG=128; //数据项开始FAT号
structFCB
{
charfname[8]; //文件名
charexname[3]; //扩展名
shortfnum; //首块号
intlength; //文件大小，目录则文件大小为；
};
structfatid{
shortid[FATNUM*FATLIST];//FAT大小512个记录一块
}*FAT;
structmap{
bitset<MAP_SIZE>maplist;
}*MAP;
structDIR
{
structFCBlist[LIST_SIZE+1];
}*filedir;
intcurrentid=128;//当前FAT号
intcurrentdir=128;//当前目录块号初始化是+1由于第个单元没有使用
char*file;//磁盘的首地址
char*FilePath="myfat";//window文件保存地址
FILE*fp;//window文件地址
stringCURRENT="root\\"; //当前路径
charcmd[30]; //输入指令
charcommand[16];
/*
*对文件存储器进行格式化
*创建根目录
*
*/
voidfindBit(structmap*MAP)
{
}
voidinit(structfatid*FAT)
{
inti,j;
for(i=1;i<FATNUM*FATLIST;i++) //第块不使用
{
if(i>DATABEG)
FAT->id[i]=0;
else
FAT->id[i]=-1;
}
}
voidformat()
{
booli;
FAT=(structfatid*)(file+BLOCK_SIZE);//当前FAT地址
MAP=(structmap*)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);//初始化位示图
init(FAT);
FAT->id[0]=9872;
filedir=(structDIR*)(file+(FATNUM+1+2)*BLOCK_SIZE); //当前目录指针地址
FAT->id[128]=-1;
FAT->id[0]=9872-1;
strcpy(filedir->list[0].fname,".");
strcpy(filedir->list[0].exname,"dir");
filedir->list[0].fnum=currentdir;
filedir->list[0].length=0;
strcpy(filedir->list[1].fname,"..");
strcpy(filedir->list[1].exname,"dir");
filedir->list[1].fnum=currentdir;
filedir->list[1].length=0;
fp=fopen(FilePath,"w+");
fwrite(file,sizeof(char),DISK_SIZE,fp);
fclose(fp);
printf("初始化已经完成,现在可以进行操作了!\n\n");
}
/*
*创建子目录
*/
intmkdir(char*str)
{
inti,j;
intblockid; //将要创建的FAT号
intblockdir; //将要创建的目录块号
intlistnum; //目录块内编号
structfatid*flagid;
structDIR*dir;//当前目录指针
structmap*MAP;
structfatid*FAT;
if(strcmp(str,"")==0)
{
printf("目录名称不能为空\n");
return0;
}
dir=(structDIR*)(file+(currentdir)*BLOCK_SIZE);
MAP=(structmap*)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);
FAT=(structfatid*)(file+BLOCK_SIZE);
for(i=DATABEG+1;i<BLOCK_NUM;i++)//从128块数据块实际上的块开始搜索
{
if(MAP->maplist[i]==0)
break;
}
if(i>BLOCK_NUM)
{
printf("内存不足\n");
return0;
}
MAP->maplist[i]=1; //map置即已用
dir=(structDIR*)(file+(currentdir)*BLOCK_SIZE);
for(i=2;i<LIST_SIZE;i++)
{
if(strcmp(dir->list[i].fname,str)==0)
{
printf("目录下有同名文件夹\n");
return0;
}
}
for(i=2;i<LIST_SIZE;i++)
{
if(strcmp(dir->list[i].fname,"")==0) //有空的目录块且无重名，第一版本的时候与上面的循环放在一起，存在一个情况是前面的建立的目录删除后，直接被同名的覆盖了
break;
if(i>LIST_SIZE)
{
printf("内存不足\n");
return0;
}
}
flagid=(structfatid*)(file+BLOCK_SIZE); //fat首位地址
for(j=DATABEG+1;j<BLOCK_NUM;j++)
{
if(flagid->id[j]==0)
{
blockdir=j;
break;
}
}
strcpy(dir->list[i].fname,str);
dir->list[i].fnum=blockdir;
strcpy(dir->list[i].exname,"dir");
dir->list[i].length=0;
dir=(structDIR*)(file+blockdir*BLOCK_SIZE);//为新目录项创建根目录
strcpy(dir->list[0].fname,".");
strcpy(dir->list[0].exname,"dir");
dir->list[0].fnum=blockdir;
dir->list[0].length=0;
strcpy(dir->list[1].fname,"..");
strcpy(dir->list[1].exname,"dir");
dir->list[1].fnum=currentdir;
dir->list[1].length=0;
flagid->id[j]=-1;//修改FAT目录尾部
FAT->id[0]=FAT->id[0]-1;
printf("已经成功创建目录%s\n",str);
return0;
}
/*
*显示目录
*/
intlistshow()
{
inti,sumfile,sumdir,fl[100],dr[100];//fl为文件的号数，dr为目录的号数
sumfile=sumdir=0;
structDIR*dir;
structfatid*FAT;
dir=(structDIR*)(file+currentdir*BLOCK_SIZE);
for(i=0;i<LIST_SIZE;i++)
{
if(dir->list[i].length==0&&(strcmp(dir->list[i].fname,"")!=0)&&(dir->list[i].fnum!=0)) //为目录的
{
dr[sumdir]=i;
sumdir++;
}
if(dir->list[i].length!=0&&strcmp(dir->list[i].fname,"")!=0) //为目录的
{
fl[sumfile]=i;
sumfile++;
}
}
for(i=0;i<sumdir;i++)
printf("%s文件夹\n",dir->list[dr[i]].fname);
for(i=0;i<sumfile;i++)
printf("%s%s文件\n",dir->list[fl[i]].fname,dir->list[fl[i]].exname);
printf("\n");
printf("\n在该目录下共有%d个文件,%d个文件夹\n\n",sumfile,sumdir-2);
return0;
}
/*
*删除子目录
*/
intrmdir(char*str)
{
inti;
intblockid;
intflag=0;
//FAT号
intblocknum; //目录块
structfatid*FAT;
structDIR*dir;
structDIR*flagdir; //标记目录块
charc='a'; //做用户交互
intm=2; //从第三个子目录项开始搜索要删除的目录项情况
FAT=(structfatid*)(file+BLOCK_SIZE);
dir=(structDIR*)(file+currentdir*BLOCK_SIZE); //当前目录指针
MAP=(structmap*)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);
for(i=2;i<LIST_SIZE;i++)
{
if(strcmp(dir->list[i].fname,str)==0) //找到要删除的子目录
{
break;
}
}
if(i>LIST_SIZE)
{
printf("该文件夹下不存在%s",str);
return0;
}
while(1)
{
printf("是否确认？（Y/N）");
cin>>c;
if((c=='y'||c=='Y')||(c=='n'||c=='N'))
break;
}
if(c=='n'||c=='N')
return0;
blocknum=dir->list[i].fnum;
flagdir=(structDIR*)(file+blocknum*BLOCK_SIZE);
while(m!=LIST_SIZE)
{
if(strcmp(flagdir->list[m].fname,"")!=0)
{
printf("该目录下有子文件或者子目录，不能删除该目录");
}
m++;
}
strcpy(dir->list[i].fname,""); //父目录DIR
strcpy(dir->list[i].exname,"");
dir->list[i].fnum=0;
strcpy(flagdir->list[0].fname,""); //要删除目录的DIR
strcpy(flagdir->list[0].exname,"");
flagdir->list[0].fnum=0;
strcpy(flagdir->list[1].fname,"");
strcpy(flagdir->list[1].exname,"");
flagdir->list[0].fnum=0;
MAP->maplist[blocknum]=0;
FAT->id[blocknum]=0;
FAT->id[0]=FAT->id[0]+1;
return0;
}
/*
*更改当前目录
*/
intchangedir(char*str)
{
inti,j;
intblocknum; //当前目录位置
intflagnum; //temp的目录位置
structDIR*flagdir,*dir;
structfatid*FAT;
stringstrflag;//为了改当前显示的代码
dir=(structDIR*)(file+currentdir*BLOCK_SIZE);
if(strcmp("..",str)==0) //判断是不是上层目录
{
blocknum=currentdir;
if(dir->list[0].fnum==dir->list[1].fnum) //根目录的特征
{
return1;
}
currentdir=dir->list[1].fnum; //改变当前目录指针
flagdir=(structDIR*)(file+currentdir*BLOCK_SIZE); //去上层的目录地址
for(intj=0;j<LIST_SIZE;j++)
{
if(flagdir->list[j].fnum==blocknum)
{
strflag=flagdir->list[j].fname;
break;
}
}
CURRENT=CURRENT.substr(0,(CURRENT.length()-strflag.length())-1);
return1;
}
for(i=2;i<LIST_SIZE;i++) //子目录
{
if(strcmp(dir->list[i].fname,str)==0&&strcmp(dir->list[i].exname,"dir")==0)
{
currentdir=dir->list[i].fnum;
break;
}
}
if(i>LIST_SIZE)
{
printf("找不到指定的目录%s\n",str);
return0;
}
CURRENT=CURRENT+str+"\\";
return1;
}
/*
*创建文件
*/
intcreate(char*str,intlength)
{
//getfilename
inti,j,l,t,k;
intblockdir;
intfid; //FAT的首块号
intflag; //文件的首块判断
charname[8]={0}; //文件名称
charexname[3]={0}; //文件扩展名
inttemplength; //temp文件长度
structfatid*FAT;
structDIR*dir;
structmap*MAP;
dir=(structDIR*)(file+(currentdir)*BLOCK_SIZE);
MAP=(structmap*)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);
FAT=(structfatid*)(file+BLOCK_SIZE);
templength=length;
l=strlen(str);
//取文件名
for(i=0;i<l;i++)
{
name[i]=str[i];
if(str[i+1]=='.')
break;
}
if(i>=8)
{
printf("文件名称过长\n");
return0;
}
//去扩展名
j=0;
i++;
i++;//除去点
k=l-i;
for(j=0;j<k;j++)
{
if(str[i]=='\0')
break;
exname[j]=str[i];
i++;
}
if(strcmp(name,"0")==0)
{
printf("文件名称不能为空\n");
return0;
}
if(length>FAT->id[0])
{
printf("文件超出磁盘容纳空间\n");
return0;
}
for(i=2;i<LIST_SIZE;i++)
{
if(strcmp(dir->list[i].fname,name)==0&&strcmp(dir->list[i].exname,exname)==0)
{
printf("改文件夹下，已经有同名文件");
return0;
}
if(strcmp(dir->list[i].fname,"")==0)
{
break;
}
}
if(i>LIST_SIZE)
{
printf("内存不足\n");
return0;
}
strcpy(dir->list[i].fname,name);
strcpy(dir->list[i].exname,exname);
dir->list[i].length=length;
flag=1;
j=DATABEG+1;
while(1){//不断循环
if(MAP->maplist[j]!=1)
{
if(!templength--) //当length全部被分配完截止
break;
//上一块的地址
if(flag) //第一次分配是的首地址
{
dir->list[i].fnum=j; //给文件的首块
}
MAP->maplist[j]=1; //MAP减少
if(!flag)
{
FAT->id[t]=j; //
FAT->id[0]=FAT->id[0]-1;
}
t=j;
flag=0;
}
j++;
}
FAT->id[t]=-1; //
FAT->id[0]=FAT->id[0]-1;
printf("已经成功创建文件%s\n",name);
return1;
}
/**
复制文件
*/
intcp(char*str,char*newname)
{
inti,j,k,l,length;
charname[8]={0}; //文件名称
charexname[3]={0}; //文件扩展名
structDIR*dir;
l=strlen(str);
//取文件名
for(i=0;i<l;i++)
{
name[i]=str[i];
if(str[i+1]=='.')
break;
}
//去扩展名
j=0;
i++;
i++;//除去点
k=l-i;
for(j=0;j<k;j++)
{
if(str[i]=='\0')
break;
exname[j]=str[i];
i++;
}
if(strcmp(newname,"")==0)
{
printf("文件名不能为空\n");
return0;
}
dir=(structDIR*)(file+currentdir*BLOCK_SIZE);
for(i=2;i<LIST_SIZE;i++) //子文件
{
if(strcmp(dir->list[i].fname,name)==0&&strcmp(dir->list[i].exname,exname)==0)
break;
}
if(i>LIST_SIZE)
{
printf("找不到指定的文件%s\n",str);
return0;
}
length=dir->list[i].length;
create(newname,length);
}
/*
*删除文件
*/
intdelfile(char*str)
{
inti,j,l,k;
intblocknum;//要删除的首块地址
inttemp;
charname[8]={0}; //文件名称
charexname[3]={0}; //文件扩展名
charc='a';
structDIR*dir;
structfatid*FAT;
structmap*MAP;
l=strlen(str);
//取文件名
for(i=0;i<l;i++)
{
name[i]=str[i];
if(str[i+1]=='.')
break;
}
//去扩展名
j=0;
i++;
i++;//除去点
k=l-i;
for(j=0;j<k;j++)
{
if(str[i]=='\0')
break;
exname[j]=str[i];
i++;
}
if(strcmp(str,"")==0)
{
printf("文件名不能为空\n");
return0;
}
dir=(structDIR*)(file+(currentdir)*BLOCK_SIZE);
MAP=(structmap*)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);
FAT=(structfatid*)(file+BLOCK_SIZE);
for(i=2;i<LIST_SIZE;i++)
{
if((strcmp(dir->list[i].fname,name)==0)&&(strcmp(dir->list[i].exname,exname)==0))
break;
}
if(i>LIST_SIZE)
{
printf("找不到%s文件\n",str);
return0;
}
while(1)
{
printf("是否确认？（Y/N）");
cin>>c;
if((c=='y'||c=='Y')||(c=='n'||c=='N'))
break;
}
if(c=='n'||c=='N')
return0;
blocknum=dir->list[i].fnum;
dir->list[i].fnum=0; //把目录项还原
strcpy(dir->list[i].exname,"");
strcpy(dir->list[i].fname,"");
dir->list[i].length=0;
//处理FATANDMAP表
while(FAT->id[blocknum]!=-1)
{
temp=FAT->id[blocknum];;
FAT->id[blocknum]=0;
FAT->id[0]=FAT->id[0]+1;
MAP->maplist[blocknum]=0;
blocknum=temp;
}
printf("已经成功删除%s\n",str);
return0;
}
intShowBitMp()
{
inti,j;
intlist[BLOCK_SIZE]={0};
structmap*MAP;
MAP=(structmap*)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);
j=0;
for(i=DATABEG+1;i<BLOCK_SIZE;i++)
{
if(MAP->maplist[i]==1)
{
list[j]=i;
j++;
}
}
for(i=0;i<BLOCK_SIZE;i++)
{
if(list[i]!=0)
printf("%0x",list[i]);
if(i%10==0)
printf("\n");
}
return0;
}
intfindBit()
{
return0;
}
intShowFat()
{
inti,j,flag;
structfatid*FAT;
intlist[BLOCK_SIZE]={0};
FAT=(structfatid*)(file+BLOCK_SIZE);
j=0;
for(i=DATABEG+1;i<BLOCK_SIZE;i++)
{
if(FAT->id[i]!=0)
{
list[j]=i;
j++;
}
}
j=0;
flag=0;
for(i=0;i<BLOCK_SIZE;i++)
{
if(list[i]!=0)
{ printf("%0x",list[i]);
if(flag){
if(j%10==0)
printf("\n");
}
flag=1;
j++;
}
}
return0;
}
/**
退出系统
*/
intexit()
{
fp=fopen(FilePath,"w+");
fwrite(file,sizeof(char),DISK_SIZE,fp);
fclose(fp);
free(file);
return1;
}
voidwelcome()
{
//欢迎列表
printf("--------------------------------------------------\n");
printf("\n以下是使用说明\n");
printf("format:对磁盘格式化.\n");
printf("exit:安全退出该文件系统,保存信息.\n");
printf("mkdirdirname;创建子目录.\n");
printf("rmdirdirname:删除子目录.\n");
printf("lsdirname:显示当前目录下信息.\n");
printf("cddirname:更改当前目录.\n");
printf("createfilename.extrenlength:创建一个新文件.\n");
printf("rmfilename:删除文件.\n");
printf("cpoldnamenewname:复制文件.\n");
printf("ShowBitMP显示位示图.\n");
printf("ShowFAT显示FAT.\n");
printf("\n--------------------------------------------\n");
//申请虚拟空间
file=(char*)malloc(DISK_SIZE*sizeof(char));
//加载
if((fp=fopen(FilePath,"r"))!=NULL)
{
fread(file,sizeof(char),DISK_SIZE,fp);
printf("加载磁盘文件%s文件成功，现在可以操作\n\n",FilePath);
}else
{
printf("这是第一次使用文件管理系统");
}
}
intmain()
{
intlength;
charnewname[20];
welcome();
format();
while(1)
{
cout<<CURRENT<<"#";
cin>>cmd;
if(strcmp(cmd,"format")==0){
free(file);
file=(char*)malloc(DISK_SIZE*sizeof(char));//重新分配空间
format();
}elseif(strcmp(cmd,"mkdir")==0)
{
scanf("%s",command);
mkdir(command);
}elseif(strcmp(cmd,"rmdir")==0)
{
scanf("%s",command);
rmdir(command);
}
elseif(strcmp(cmd,"ls")==0)
{
listshow();
}elseif(strcm