文件系统课程设计报告.doc

设计时间：2011-1-5至2011-1-7 专业年级：08计科4班： 一.设计目的： 通过操作系统其中一个子系统的设计和实现，掌握Linux文件系统的基本原理、结构 和实现方法，掌握Linux文件系统中文件的建立、打开、读/写、执行、属性等系统调用 的使用，学会设计简单的文件系统并实现一组操作，以与学习文件系统的系统调用命令 ，提高对文件系统实现功能的理解和掌握。同时，掌握操作系统设计的方法与技巧，增 强系统软件设计的实际工作能力。 二.设计容： 为LINUX 设计一个简单的二级文件系统。本文件系统采用类似DOS系统的文件管理方式，每次调用 该文件系统时，首先申请一定的存空间，然后对该存空间进行分配。将申请到的空间划 分为目录区，文件区；采用位示图进行空间管理，盘块的分配使用显示（FAT表）的方式 。每次调用该文件系统时自动为其分配空间，并将上次操作的结果从硬盘上调入存；当 结束调用时则将操作的结果重新存入硬盘，以便下次调用。（每次使用都会自动搜索文 件系统，以此确定是否是第一次使用；若是则格式化生成文件系统，否则读取已存在的 文件系统。） 三．设计过程 1. 实现功能 该系统具备下列功能： login 用户登录 logout 注销 mkdir/md 创建目录rmdir/rd 删除目录 cd/cd .. 修改目录creat 创建文件 open 打开文件dir 显示当前目录和文件 write 读文件 delete 删除文件 close 关闭文件 2. 添加功能 1. 制作了一个"操作命令符"列表框，说明接下来如何操作，这样有利于更好地阅读、操 作和运行程序，使不懂得程序代码的人也可以运行该程序，更好地理解该程序实现 的功能。 2. 在命令解释层函数cmdexp()里加了一些选择和操作功能，增加程序实现的功能，如原 来程序只有显示当前目录和文件、创建目录和修改目录的功能，把它拓展到系统所 要求的全部功能，并在原有的程序的基础上进行相应的修改，使程序更加完善。 3. 设计思路 （1） 要将文件存储在磁盘上，必须为之分配相应的存储空间，并对文件存储空间进行管理， 为了简化对文件的访问和共享，还应设置相应的用户文件描述表与文件表。 文件卷的组织 UNIX中，把每个磁盘（带）看作是一个文件卷，每个文件卷上可存放一个具有独立目 录结构的文件系统。一个文件卷包含许多物理块，并按块号排列如下图： "0# 1# 2# 3# ……K# K+1# ……N# " 其中，0#块用于系统引导或空闲，1#为超级块(superblock)，存放文件卷的资源管理 信息，如整个文件卷的盘块数、磁盘索引结点的盘块数、空闲盘块号栈与指针等。2#~K #存放磁盘索引结点。每个索引结点64B，第K+1#~N#存放文件数据。 空闲盘块的组织 UNIX采用成组法组织空闲盘块。它将若干个空闲盘块划归一个组，将每组中所有盘块号 存放在其前一组的第一个空闲盘块中，而第一组中所有空闲盘块号放入超级块的空闲盘 块号栈中。 例： 超级块表 "109 "106 "103 "100 "95 " " "211 "208 "205 "202 " " "310 "307 "304 "301 " " 空闲盘块的分配与回收 核要从文件系统中分配一盘块时，先检查超级块空闲盘块号栈是否已上锁。是则调用 sleep睡眠，否则将超级块中空闲盘块栈栈顶盘块号分配出去。 回收时，若空闲盘块号栈未满，直接将回收盘块编号记入空闲盘块号栈中。若回收时 栈已满，须先将栈中的所有空闲盘块号复制到新回收的盘块中，再将新回收盘块的编号 作为新栈的栈底块号进栈。 （2） UNIX中，为了加速对文件目录的查找，将文件名和文件说明分开，由文件说明形成一个 称为索引结点的数据结构，而相应的文件目录项则只由文件符号名和指向索引结点的指 针构成。对目录的管理应包括的功能有： 对索引结点的管理：每个文件都有一唯一的磁盘索引结点(di_node)。文件被打开后 ，还有一个存索引结点(i_node)。创建一新文件时，就为之建立一个磁盘索引结点，以 将文件的有关信息记入其中，并将用户提供的文件名和磁盘索引结点号一并组成一个新 目录项，记入其父目录文件中。文件被撤消时，系统要回收该文件的磁盘索引结点，从 其父目录中删除该目录项。随着文件的打开与关闭，系统还要为之分配和回收存索引结 点。 磁盘索引结点中，包含有关文件的下述一系列信息：文件模式di_mode、文件所有者 用户标识符di_uid、同组用户标识符di_gid、文件长度di_size、文件的联接计数di_nl ink、文件的物理地址di_addr、文件的访问时间di_atime、文件的修改时间di_mtime和 文件的建立时间di_citime。 存索引结点：文件被打开后，系统为它在存索引 【文件系统设计报告】 在操作系统领域，文件系统是至关重要的组成部分，它负责管理和组织存储设备上的数据，使得用户能够高效地创建、访问和管理文件。本报告主要介绍了一个基于Linux的简单二级文件系统的设计，旨在让学生掌握文件系统的基本原理、结构和实现方法。 **设计目的** 设计这个文件系统的主要目标是让学生深入理解Linux文件系统的工作机制，包括文件的建立、打开、读/写、执行以及属性设置等系统调用的使用。此外，它还要求学生能设计并实现一个简单的文件系统，增强实际的系统软件设计能力。 **设计内容** 该文件系统模仿了DOS的文件管理方式，运行时首先申请内存空间，然后进行分配。空间分为目录区和文件区，采用位示图进行空间管理，利用FAT表（文件分配表）来分配盘块。每次启动系统会自动检查文件系统状态，首次使用时进行格式化，之后则读取已存在的文件系统。 **实现功能** 系统支持以下操作： 1. 用户登录与注销 2. 创建和删除目录 3. 改变当前目录 4. 创建文件 5. 打开、读取和写入文件 6. 删除文件 7. 关闭文件 **增强功能** 1. 添加了操作提示列表，使得非程序员也能理解并运行程序。 2. 扩展了命令解释层，增加了更多功能，如完整的系统调用集。 **设计思路** 1. **文件卷组织**：每个磁盘被视为一个文件卷，包含多个物理块。0#块用于引导，1#块为超级块，存储文件卷信息。2#~K#块存放索引结点，K+1#~N#块存放文件数据。 2. **空闲盘块管理**：采用成组法，空闲盘块信息存储在前一组的第一个空闲盘块中，超级块维护空闲盘块号栈。分配时检查栈状态，回收时处理栈满情况。 3. **索引结点管理**：文件名和文件说明分离，每个文件有一个磁盘索引结点（di_node）和内存索引结点（i_node）。创建文件时建立磁盘索引结点，打开文件时分配内存索引结点。文件被删除时回收索引结点，目录项随之更新。 **总结** 通过这个课程设计，学生不仅能够理解文件系统的核心概念，如文件的存储、目录管理、空间分配等，还能实际操作实现这些功能，从而深化对操作系统的理解。这个设计提供了实践操作系统设计的机会，对于提高学生的实际编程和系统设计技能具有重要作用。