操作系统课程设计

一、课程设计目的。

本设计的目的是实现操作系统和相关系统软件的设计，其中涉及进程编程、i/o操作、存储管理、文件系统等操作系统概念。

二、课程设计要求。

1）对进行认真分析，列出实验具体步骤，写出符合题目要求的程序清单，准备出调试程序使用的数据。

2）以完整的作业包的形式提交原始**、设计文档和可运行程序。提交的光盘应当包括：设计题目，程序清单，运行结果分析，所选取的算法及其优缺点，以及通过上机取得了哪些经验。

程序清单要求格式规范，注意加注释（包含关键字、方法、变量等），在每个模块前加注释，注释不得少于20%。课程设计要求同时上交打印文档，设计报告包括设计题目，算法分析，关键**及其数据结构说明，运行结果分析以及上机实践的经验总结。

在任一os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linux文件系统。

1. 在现有机器硬盘上开辟100m的硬盘空间，作为设定的硬盘空间。

2. 编写一管理程序simdisk对此空间进行管理，以模拟linux文件系统，要求：

1）盘块大小1k

2）空闲盘块的管理：linux位图法。

3）结构：超级块， i结点区，根目录区。

3. 该simdisk管理程序的功能要求如下：

1) info: 显示整个系统信息(参考linux文件系统的系统信息)，文件可以根据用户进行读写保护。目录名和文件名支持全路径名和相对路径名，路径名各分量间用“/”隔开。

2) cd …:改变目录：改变当前工作目录，目录不存在时给出出错信息。

3) dir …:显示目录：显示指定目录下或当前目录下的信息，包括文件名、物理地址、保护码、文件长度、子目录等（带/s参数的dir命令，显示所有子目录）。

4) md …:创建目录：在指定路径或当前路径下创建指定目录。重名时给出错信息。

5) rd …:删除目录：删除指定目录下所有文件和子目录。要删目录不空时，要给出提示是否要删除。

6) newfile …:建立文件。

7) cat …:打开文件。

8) copy …:拷贝文件，除支持模拟linux文件系统内部的文件拷贝外，还支持host文件系统与模拟linux文件系统间的文件拷贝，host文件系统的文件命名为…，如：将windows下d：

盘的文件\data\sample\文件拷贝到模拟linux文件系统中的/test/data目录，windows下d：盘的当前目录为d：\data，则使用命令：

simdisk copy d：\data\sample\ /test/data

或者：simdisk copy d：sample\ /test/data

9) del …:删除文件：删除指定文件，不存在时给出出错信息。

10) check: 检测并恢复文件系统：对文件系统中的数据一致性进行检测，并自动根据文件系统的结构和信息进行数据再整理。

4. 程序的总体流程为：

1) 初始化文件目录；

2) 输出提示符，等待接受命令，分析键入的命令；

3) 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，直到键入exit退出为止。

实现一个简单的shell（命令行解释器）。

将设计一的管理程序simdisk作为后台进程运行，利用本设计任务的shell操作simdisk。

ipc)。实现多个进程同时对模拟文件系统进行操作。设计管理程序simdisk的用户访问权限管理。

访问模拟文件系统的每个进程都属于某个用户，管理程序simdisk根据其访问权限决定其对模拟文件系统的操作。

对模拟文件系统的操作要求做到：共享读，互斥写。

本设计任务在于学会如何实现信息的安全管理和进程同步。

注：要求从课程设计的整体来考虑设计任务。

一、二、三，并分阶段实现。

三、开发环境。

windows 7

microsoft visual studio 2008

四、主要实现过程。

1. 概要设计。

对于开闭100mb的使用空间，对此的理解应该是除了磁盘信息描述意外的数据储存区域都需要1024*1024*100的空间，故需要在主机生成固定大小的文件来模拟磁盘。

linux的位图法管理空闲的盘块，要求使用以下结构：超级块、inode结点区、根目录区。同时，对于一个磁盘，肯定需要有一个存储区域来保存其整体信息，以便统计以及错误修正，而这个区域保存在磁盘起始位置为最佳。

将这些结构存储于文件中，直接想到的方案是建立对应的类，并用二进制文件直接将整个类写进文件，通过文件指针的移动，可以将所有结构直接进行保存和读取，相对于按变量保存和读取的出错率将大大降低。如果将这些内容也保存到文件，则生成的模拟磁盘文件实际大小必定大于100mb。其文件设计如下：

另外，根据题目要求，需要从整体来考虑设计。

一、二、三，故为了控制不同的用户访问，定义一个用户类也是必须的。并且要根据不同的用户给予不同的访问权限。

所以整个系统的访问流程如下图所示：

2. 主要算法及数据结构说明。

一些简单的数据结构：

超级块：记录系统的一些重要数据，每个数据块组都有超级块，系统启动时只将第0块的数据块组的超级块读入内存，每次修改时更新所有数据块组并写回硬盘，所以一般不会出错。

struct super_block

unsigned int s_inodes_countinode 的总数。

unsigned int s_blocks_count盘块的总数。

unsigned int s_log_block_size盘块的大小。

unsigned int s_free_blocks_count; /空闲块的总数。

unsigned int s_free_inodes_count; /空闲inode的总数。

unsigned int s_first_data_block; /第一个数据块。

unsigned int s_blocks_per_group; /每组的盘块数。

unsigned int s_inodes_per_group; /每组的inode数。

组描述符：描述各个数据块组的信息，和超级块一起构成了数据块组。

struct group_desc

unsigned long bg_block_addr本组数据块在数据区的首地址。

unsigned int bg_block_bitmap本组数据块位图所在的块号。

unsigned int bg_inode_bitmap本组inode 位图所在的块号。

unsigned int bg_inode_table本组inode 表所在的块号。

unsigned int bg_free_blocks_count; /组中空闲块的数目。

unsigned int bg_free_inodes_count; /组中空闲inode 的数目。

inode节点：描述文件的属性，一个文件对应一个inode，inode数目和数据块数目一样多，即表示如果每个文件都只有一个数据块这么大，则可以有和数据块一样多的文件存在；不过本系统的inode和linux的有点不同，就是记录地址的是文件的首地址，因为本系统的文件在数据区是连续存放的。

struct inode

unsigned short i_mode模式。

unsigned int i_uid文件的用户id

unsigned int i_size文件的大小。

unsigned int i_blocks分配给该文件的磁盘块的数目。

long i_block指向磁盘块的起始地址。

bool i_change表示该文件是否修改过，true表示修改过，false表示没有。

数据块组：由超级块和组描述符组成。

struct block_group

struct super_block super_block超级块。

struct group_desc group_desc组描述符。

文件：包括文件名(普通文件或者目录)和inode号。

struct file_entry

char name[name_len文件名。

int inodeinode号，即在inode_table中的数组下标。

目录：用于存储指定具体目录所包含文件(包括目录)的数目和具体的文件内容(即dir_entry)

struct dir

char dir_name[name_len目录名。

int inodeinode号。

int size记录该目录下包含多少个文件(包括目录)

struct file_entry file_entry[file_num具体的文件内容。

用户：包括用户权限、id、密码，系统默认最大用户数目为8个。

struct user

unsigned int mode用户的模式(权限)

int uid用户的id

char password[20密码。

命令：用于存储系统命令，共13个命令。

struct command

char com[10];

一些重要的函数说明：（具体的参见源程序）

void format用于格式化文件系统。

void display_sys_info显示系统信息。

bool get_dirname(char*path,int len,int pos,char*name); 根据路径path分解出路径第pos处的文件(或目录)名。

long block_alloc(int len,int *b_index); 分配数据块，返回成功分配的首地址。

void block_free(int len,int pos释放数据块。

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