操作系统实习报告题 目 基于shell的形式来模拟文件系统 班 级 学 号 姓 名 11 学年 12 学年第 2学期 操作系统实习报告书专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 实习地点： 辅导教师： 实习内容： 基于shell的形式来模拟文件系统 实习环境： Windows操作系统相应的开发平台和工具 实习步骤、方法、技术方案、结果、分析：实习内容：在一个文件中模拟文件系统如何存储文件和目录。通过一个Shell来模拟对该文件系统中文件和目录的访问和操作。在模拟中提供文件系统空间整理的功能。实习要求：文件系统的基本要求：1、使用大小固定的文件来代表一个文件系统分区，例如，30K字节。文件大小的固定是由程序里面自己控制的，即在给定文件大小后面不再写内容。2、每个分区都要支持多级目录的文件组织形式，并且文件的大小可动态变化。其中，存放的文件都为简单的TXT文本，即字符型文件。运行程序的基本要求：编写一个shell程序。该程序能像cmd.exe一样，能对你所构造的文件系统进行目录和文件操作。要求实现地功能包括：cd、dir、mkdir，more，copy，rmdir，find，attrib，copy,del,xcopy，exit等几个ms-dos命令。实习步骤：1. 首先理解该课程设计的要求，弄清楚shell的各种操作，查找各种资料，明白一个多级目录的文件系统是什么样的，加深理解文件系统的组成以及各种内部结构。2. 通过查找各种资料来搞清楚文件系统的存储形式，写出相关的结构体定义以及大体框架结构。3. 编写各个功能的代码函数来实现shell程序中目录与文件的操作。在基本的功能都实现以后对写出的程序进行一些必要的调试和修改，在此过程中找出问题并改正。4. 运用学过的多线程的方法将该程序改为多线程实现的shell程序。5. 总结经验，书写相关的实习报告书实习方法：1. 理解文件系统存储结构，查找多级存储结构文件系统的相关资料，常见的UNIX实现了层次结构化文件的系统。在该方案中，目录中可以包含多个文件和子目录。磁盘被分成多个区。每个分区有自己的文件系统。如下图所示，矩形代表目录，圆圈代表文件，在UNIX操作系统中，目录也被当作文件。它认为目录是单个文件或多个文件。2. UNIX文件系统的中心概念是超级块superblock, i节点inode,数据块data block，目录块directory block，和间接块indirection block。超级块占用第1号物理块，是文件系统的控制块，超级块包括：文件系统的大小、空闲块数目、空闲块索引表、空闲i节点数目、空闲i节点索引表、封锁标记等。超级块是系统为文件分配存储空间、回收存储空间的依据。i节点包括除了名字外的一个文件的所有信息，名字与i节点数目一起存在 目录中。结合上图，可以对下图进行理解：3. 磁盘的大小是固定的并且存储是连续的，所以用一个固定大小的文本文件来代表一个磁盘分区，并通过对此文本的内容读写来模拟shell程序中该文件系统中文件和目录的访问和操作。若不存在该文本，则必须对其初始化，形成一个根目录。初始化的操作有：初始化超级块（代表一个根目录）Init_SuperBlock();初始化i结点Init_INode();初始化数据块Init_DataBlock();4. 模拟对磁盘的访问，通过对文件进行文件seekp定位操作来实现，固定文件的大小由起初写入的文本决定，二进制文件编码是变长的，它灵活，存储利用率高，所以以二进制读写的方式来对本文进行操作。5. 用多线程的方法来实现shell程序，第一个用来接受命令，第二个用来解析命令，第三个用来实现命令。实现的关键点是在定义互斥量和信号量， 并在三个线程中来进行所需的P、V操作。技术方案：1. 定义相关的结构体：/超级块typedef structint MaxSize;/文件系统的大小int FirstINodeBlk;/第一个I结点块号int FirstDBlk;/第一个数据块号int BlockSize;/每个物理块大小bool INodeStatusINODES;/INode状态(空闲或占用)boolDataBlockStatusDATABLKS;/数据块状态(空闲或占用)SuperBlock;/i结点 typedef struct int FileType;/文件类型 int INodeNumber;/i-node号int LinksNum;/链接数int FileSize;/文件大小int blocks4;/占用的数据块INode;/目录结构,结构体大小为16Btypedef structDirectoryItemint INodeNumber;/INode号char FileName12;/文件名DirectoryItem;2. 声明各种函数（所实现的相关功能）：/Command.hvoid PrintCurPath();/输出当前路径void SplitCmd(char *Cmd,char *cmd,char *config);/对命令进行分割void mkdir(char *config);/新建一个目录void more(char *config);/逐屏显示输出void dir(char *config);/显示目录中的文件和子目录void help(char*config);/帮助void cd(char*config);/显示或改变当前目录void rm(char*config);/删除一个目录void format();/格式化磁盘void InterpretCmd();/对命令解析/SuperBlock.hvoid Init_SuperBlock();/初始化超级块void WriteSuperBlock();/写超级块到文件中void ReadSuperBlock();/从文件中读取超级块/INode.hvoid Init_INode();/初始化i结点int AllocINode();/申请I-结点void WriteINode(int,INode);/写I-结点到文件中void ReadINode(int,INode&);/从文件中读取I-结点void FreeINode(int);/释放I-结点void SetDirINode(INode&, int,int);/初始化新建的目录I-结点void SetFleINode(INode&,int,int ,int*,int);/初始化新建的文件I-结点void UpdataINode(int);/更新I-结点/Directory.hbool HaveSameName(char *,INode);/寻找是否有相同的文件名bool FindDir(char *,INode, int, DirectoryItem&);/查找目录项void SetDirItem(char *c,int,DirectoryItem&);/初始化新建的目录项void WriteDir(INode,DirectoryItem,int);/写目录项void ReadDir(int,INode,DirectoryItem &);/读目录项/DataBlock.hvoid Init_DataBlock();/初始化数据块int AllocDBlk();/申请数据块void WriteDBlk(int *,int,char *);/释放数据块void FreeDBlk(int);/写数据块3. 必要的初始化操作：/初始化超级块void Init_SuperBlock()superblock.MaxSize=240*BLKSIZE;superblock.BlockSize=BLKSIZE;superblock.FirstINodeBlk=FIRSTIBLK;superblock.FirstDBlk=FIRSTDBLK;for(int i=0;iINODES;i+)superblock.INodeStatusi=true;for(i=0;iDATABLKS;i+)superblock.DataBlockStatusi=true;/0号I-结点的被根目录使用，0号数据块被根目录使用superblock.INodeStatus0=false;superblock.DataBlockStatus0=false;fstream fout;fout.open(A.txt,ios:out|ios:binary);if(!fout)coutCant open this fileendl;exit(0);fout.write(char*)&superblock,FIRSTIBLK*BLKSIZE);fout.close();/初始化I-结点void Init_INode()for(int i=0;iINODES;i+)inodei.FileType=UNKNOW;inodei.INodeNumber=i;inodei.LinksNum=0;inodei.FileSize=0;for(int j=0;j4;j+)inodei.blocksj=-1;/0号I-结点被根目录占用，0号数据块被根目录使用inode0.FileType=ISDIR;inode0.blocks0=0;inode0.LinksNum=2;fstream fout;fout.open(A.txt,ios:in|ios:out|ios:binary);if(!fout)coutCant open this fileendl;exit(0);fout.seekp(FIRSTIBLK*BLKSIZE);for( i=0;iINODE