操作系统课程设计——文件管理系统（C语言版）

操作系统系列文章

http://t.csdnimg.cn/7XAnU

文章目录

实验一、进程的创建与撤销：http://t.csdnimg.cn/po4V0

实验二、银行家算法：http://t.csdnimg.cn/O5zoF

操作系统系列文章

文章目录

文件管理

一、目的

二、设计内容

三、设计要求

四、设计思想

1、总体设计思想

2、结构体FCB

3、创建文件或目录

4、寻找空磁盘存文件

5、删除文件

五、源代码

六、运行结果

七、课设总结：

文件管理

一、目的

通过模拟磁盘，完成操作系统的文件管理功能，掌握包括目录结构的管理、外存空间的分配与释放以及空闲空间管理三部分。为写入模拟磁盘的数据文件建立目录，目录可以是单级文件目录、双级文件目录、树形结构目录。在目录中选择某个文件可以将其数据读入模拟内存。

二、设计内容

1、通过初始化操作建立一个模拟磁盘，在模拟磁盘中保存目录和文件内容。创建该模拟磁盘时可创建初始的根目录内容、文件分配表。

2、文件目录项（可以采用FCB格式）应包括文件名、类型（目录 or文件）、创建日期、大小、第一个磁盘块块号。

3、目录管理需支持：

（1）新建目录：在目录中新建空目录；
（3）删除目录：删除空目录
（4）为文件建立目录项：一个文件创建成功后，为该文件创建目录项，并将文件和相关信息写入目录；
（5）删除文件：删除目录中某个文件，删除其在磁盘中的数据，并删除目录项。如果被删除文件已经读入内存应阻止删除，完成基本的文件保护。

三、设计要求

1．不同的功能使用不同的函数实现（模块化），对每个函数的功能和调用接口要注释清楚。对程序其它部分也进行必要的注释。

2．对系统进行功能模块分析、画出总流程图和各模块流程图。

3．用户界面要求使用方便、简洁明了、美观大方、格式统一。所有功能可以反复使用，最好使用菜单。

4．通过命令行相应选项能直接进入某个相应菜单选项的功能模块。

5．所有程序需调试通过。

四、设计思想

1、总体设计思想

此文件管理系统主要分为两个模块，一是目录管理，二是文件管理。

具体的模块功能如下：

（1）目录管理：目录管理主要是对目录的操作，包括创建、删除、查看、修改目录名以及切换目录等。

创建目录：在当前目录下新建空目录，新件目录名不能与同级目录重名，但不同级目录可以重名。
删除目录：在当前目录下删除空目录，如果不是空目录不可以删除。
查看当前目录下的信息：可以查看当前目录的下的目录和文件，展现其相关信息，如名称、类型、创建时间、文件大小等。
修改目录名：在当前目录下可修改目录名称，同理修改后的名称不能与同级目录重名。
切换目录：在当前目录下可切换到上一级目录和下一级目录中。

（2）文件管理：主要是对文件的操作，包括创建、删除、修改文件名、打开、关闭文件以及查看FAT表和位示图等。

创建文件：在当前目录下创建文件，在创建时需要输入名称、文件大小。
删除文件：在当前目录下删除文件，当文件是打开状态则不能删除，必须先将其关闭后才能成功删除文件。
修改文件名：在当前目录下可修改文件名称，同理修改后的名称不能与同级目录下的重名。
查看FAT和位示图：查看文件分配表，即文件具体存储的盘块的位置，查看位示图，即当前盘块的状态。

2、结构体FCB

该文件管理系统设计了一个文件目录项，采用FCB格式，其中包括文件名、类型（目录or文件）、创建时间、大小、第一个盘块号。其中存储目录或文件采用二叉树的模式。FCB结构体定义如下：

typedef struct FCB
{                       //文件或目录控制块char name[10];      //文件或目录名int size;           //文件或目录大小，目录大小可设置为 0char type;          //类型，1 为文件，2 为目录int first;          //外存起始位置  -1被占 -2未被占char datetime[128]; //日期时间，格式为 yyyymmdd hhmmssstruct FCB *next;   //下一个兄弟节点，相同父结点的节点称为兄弟结点struct FCB *child;  //第一个孩子节点struct FCB *parent; //父节点int read = 0;       //是否打开，1为打开，0为关闭} F;

3、创建文件或目录

4、寻找空磁盘存文件

        当新建文件时，需要根据文件大小为其分配磁盘空间存储文件。该功能主要是通过findNULL（）函数实现的，主要思想如下：

        首先，通过文件大小f_size计算需要多少个盘块F_SIZE，需要使用向上取整的方式计算，已经规定每个盘块大小为10B，计算方法如下：F_SIZE=(f_size - 1)/10然后利用for循环遍历b[][]位示图数组，找到空闲盘块，将其转换为盘块号 x=i*8+j,并将盘块号x存放在临时数组m[100]中，并修改位示图,b[i][j]=1（为1表示占用，0表示未占用），跳出本次循环，然后在进行第二次循环寻找第2个可用盘块，直到k=F_SIZE,结束最外层循环，已经全部找到可用盘块位置。

        其次，当盘块号全部找到后修改FAT表（-2表示未被占用，-1表示已用，大于0 的数表示磁盘号），FAT表是一个索引表，FAT[i]表示下一个盘块号，i表示该文件的第一个盘块号。

5、删除文件

定义全局结构体变量p，指向当前目录，定一个局部结构体变量np，并使np=p。删除文件首先要输入删除文件或目录名name，然后遍历二叉树找到该目录的前一个结点，即np->next->name=name,然后判断np->next是的类型是否为文件，如果是将其删除，并调用updateTable(）更新FAT表和位示图。如果都遍历完没有找到，提示用户该文件不存在！

6、切换目录

定义全局结构体变量p，指向当前目录，定一个局部结构体变量np，并使np=p，在使得np指向其孩子结点。利用while循环遍历二叉树，寻找到np->name=name, 找到后将np赋给p，使得p指向np.当np==NULL ，提示用户未找到该文件或目录。最后调用updatelujing()函数显示当前路径。

五、源代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
/*
先假设内存大小为64kb,块大小为1K,一个文件或目录最多可以用3个盘块存储
1、先建立位示图，利用随机函数生成*/
// 1为目录，2为文件
void menu();               //菜单
void initdir();            //初始化根目录
void byteCreat();          //创建位示图
void updatelujing();       //更新当前光标所在位置（就是路径）
int updateTable(int, int); //当文件删除时，修改FAT表和修改位示图
int findNULL();            //寻找空位置
void getTime();            //获取时间void create_Dir(int); //创建目录或者文件
void delDir(char *);  //删除空目录
void printNow();      //显示当前目录下的文件或目录
void delFile(char *); //删除文件
void cdir(char *);    //切换下一级
void byteShow();      //显示位示图
void fatShow();       //显示FATm
void openfile(char);  //打开文件
void closefile(char); //关闭文件typedef struct FCB
{                       //文件或目录控制块char name[10];      //文件或目录名int size;           //文件或目录大小，目录大小可设置为 0char type;          //类型，1 为文件，2 为目录int first;          //外存起始位置  -1被占 -2未被占char datetime[128]; //日期时间，格式为 yyyymmdd hhmmssstruct FCB *next;   //下一个兄弟节点，相同父结点的节点称为兄弟结点struct FCB *child;  //第一个孩子节点struct FCB *parent; //父节点int read = 0;       //是否打开，1为打开，0为关闭} F;int COUNT = 0; //文件个数
int F_SIZE;    //一个文件可以占几个盘块
// int F_SIZE_LIST[50]; //每个文件的盘块个数F *p = NULL;     //全局变量，指向当前目录
int b[100][100]; //位示图数组
int FAT[100];    //文件分配表
// node *head = NULL; //全局变量，?// 1、获取当前创建时间，利用time函数
void getTime(FCB *f)
{time_t t; //时间对象变量char buf[128];memset(buf, 0, sizeof(buf)); //清空数组struct tm *tmp; //时间结构体t = time(NULL);tmp = localtime(&t);strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", tmp);for (int i = 0; i < 128; i++) //存时间{f->datetime[i] = buf[i];}
}
//创建位示图
void byteCreat()
{srand((unsigned)time(NULL));for (int i = 0; i < 8; i++){for (int j = 0; j < 8; j++){b[i][j] = rand() % 2; //随机生成位示图 0表未用，1表已用printf("%d ", b[i][j]); //打印出来//修改一下把-2表示未用if (b[i][j] == 0){FAT[i * 8 + j] = -2; //未被占；}else if (b[i][j] == 1){FAT[i * 8 + j] = -1; //-1：被占}}printf("\n");}printf("\n***FAT表的初始值如下：\n");printf("\n");for (int i = 0; i < 64; i++){printf("%3d ", FAT[i]);if (i != 0 && ((i + 1) % 8 == 0)){printf("\n");}}printf("\n");
}
// 2、寻找空位置
int findNULL()
{int a = 0; //哨兵int x;     //转化为盘块号int m[100];for (int k = 0; k < F_SIZE; k++){a = 0;for (int i = 0; i < 8; i++) //第一行0,一趟就找一个0，而且是最先出现的0.{for (int j = 0; j < 8; j++){if (b[i][j] == 0){x = i * 8 + j; //转化为盘块号m[k] = x;      //存入第一个盘块位置b[i][j] = 1;a = 1;break;}}if (a == 1)break; //跳出第二层循环}}printf("\n\n-------找到的盘块位置如下------\n\n");for (int k = 0; k < F_SIZE; k++){printf("%d,", m[k]);}//创建FAT表for (int k = 0; k < F_SIZE; k++){int y = 0;y = m[k];          //当k=0时，把第一个盘块号给Y，FAT[y] = m[k + 1]; //第盘块Y号指向下一个盘块号，所以FAT[y]的值代表下一个盘块号位置printf("\nFAT[y]下一个盘块是：%d\n", FAT[y]);//最后一个没有下一个盘块位置if (k == F_SIZE - 1){FAT[y] = -1; //外存起始位置  -1被占 -2未被占,最后一个没有下一个盘块位置printf("\nFAT[y]下一个盘块是：%d\n", FAT[y]);}//最后一个没有下一个盘块位置}return m[0];
}// 3、创建目录
void create_Dir(int a)
{char name[10];F *np = p;printf("请输入目录或文件的名字\n");scanf(" %s", name);F *f = (F *)malloc(sizeof(F)); //新建空白目录strcpy(f->name, name);//赋值//-------创文件--------if (a == 1) // ，1表示文件{int f_size;printf("\n请输入文件大小(单位B):");scanf("%d", &f_size);f->size = f_size;F_SIZE = (f_size - 1) / 10; //向下取整，算个需要多少盘块f->read = 0;// F_SIZE_LIST[COUNT] = F_SIZE; //将这个文件需要的盘块数存入数组中COUNT++;               //文件数加一f->type = 1;           //写入类型f->first = findNULL(); //找空位置,返回x,x是第一个磁盘号（位置）printf("\n----找到的起始位置是:%d\n\n", f->first);}//----------创目录---------if (a == 2) // 2表示目录{f->type = 2;f->first = -2;f->size = 0;}getTime(f);f->child = NULL;f->next = NULL;f->parent = np; // np当前目录if (np->child == NULL){np->child = f;}//当前使用用的是链表进行存储文件的，映射成一棵树，//在当前目录创建，需要找到一个结点，该结点的兄弟结点为空时，插入，就是在最后插入else //进入当前子目录{np = np->child; //指向第一个目录或文件，假设为F1if (a == 2){if (np->type == 2) //目录{//有两个情况，1是建在目录和文件，2是建在目录与目录中（正常情况）while (np->next != NULL) //指当前F1的兄弟结点不为空{if (np->type == 2 && np->next->type == 1) //新建在目录和文件中间{break;}np = np->next; //指向下一个，继续找兄弟节点直到找到没有兄弟结点的位置，也就是末尾。}//没有兄弟节点位置，末尾插入，f->next = np->next;np->next = f;}}else if (a == 1) //文件的，同理{while (np->next != NULL){np = np->next;}f->next = np->next;np->next = f;}}
}// 4、更新当前光标所在位置（就是路径）
void updatelujing() //更新当前光标所在位置（就是路径）
{F *np = p;     //将np指向当前目录 ，FCBF a[100];      //临时存储文件或目录信息结构体数组int count = 0; // 局部变量??while (np->parent != NULL) //如果父结点不为空，第一次未创建文件或目录时不会执行{a[count] = *np;  //将当前信息存入数组a中np = np->parent; // np从当前位置一直往上找父节点，直到根目录就结束count++;         //???}//输出当前目录前的路径，除了它本身，这样是为了可以输出root\>for (int i = count - 1; i > 0; i--){printf("%s\\", a[i].name);}//输出当前目录的名字。printf("%s\\", p->name); // p是当前目录，没有创建目录时，p->name为rootprintf(">");             //最后打印出来就是 root\>
}//初始化根目录
void initdir()
{F *f = (F *)malloc(sizeof(F)); //开辟一个FCB,根目录//初始化根目录 独立出来strcpy(f->name, "root");f->type = 2;      // 2表目录f->size = 0;      //大小为0getTime(f);       //获取创建时的时间f->child = NULL;  //孩子结点为空f->next = NULL;   //下一个兄弟节点f->parent = NULL; //父节点f->first = -2;p = f; // p指向当前目录，p指向根目录
}void delDir(char *name) //删除空目录，删除当前目录的一级子目录，且为空目录
{int flag = 0;F *np = p;if (np->child == NULL) //当前目录下的printf("无此目录\n");else{np = np->child;if (strcmp(np->name, name) == 0 && np->child == NULL) //为第一个，当前的子目录{p->child = np->next;free(np);printf("成功删除此目录\n");flag = 1;}else{while (np->next != NULL) //找到要删除的前一个并且为空文件夹{if (strcmp(np->next->name, name) == 0 && np->next->child == NULL){np->next = np->next->next; //把当前np的兄弟结点指向要删除的兄弟结点，后一个目录往前移flag = 1;printf("成功删除此目录\n");break;}np = np->next;}}if (flag == 0){printf("删除失败！无当前目录或当前目录不为空\n");}}
}//输出当前目录下的文件或目录
void printNow()
{F *np = p;if (p->child == NULL){printf("当前文件夹为空\n");}else{np = np->child;// printf("%s    <DIR>      .\n", np->parent->datetime);printf("%s    <DIR>      ..\n", np->parent->datetime);while (np != NULL){printf("%s 类型：%d 名字:%s\n", np->datetime, np->type, np->name);np = np->next;}}
}//删除文件
void delFile(char *name)
{int flag = 0;F *np = p;if (np->child == NULL)printf("无此文件\n");else{np = np->child;if (strcmp(np->name, name) == 0) //为第一个{if (np->read == 0){printf("\n文件状态%d \n", np->read);p->child = np->next;printf("\n成功删除此文件\n");updateTable(np->first, np->size); //更新fat表flag = 1;}else{printf("\n文件状态%d \n", np->read);flag = 1;printf("\n文件已经打开，请关闭再删除！\n");printf("删除失败！\n\n");}}else{while (np->next != NULL){if (strcmp(np->next->name, name) == 0) //找到前一个，要删除的{if (np->next->read == 0){printf("\n文件状态%d \n", np->next->read);updateTable(np->next->first, np->next->size); //更新fat表np->next = np->next->next;flag = 1;printf("成功删除此文件\n");break;}else{printf("\n文件状态%d \n", np->next->read);flag = 1;printf("\n文件已经打开，请关闭再删除！\n");printf("删除失败！\n\n");}}np = np->next;}}if (flag == 0){printf("删除失败！无当前目录或当前目录不为空\n");}}
}//更新FAT表和位示图
int updateTable(int first, int size) //更新FAT表
{int next = first; // 第一个盘号int p_count = (size - 1) / 10;int m[50]; //临时数组，存该文件的每个盘块号//m[0] = next;int count = 0;//找到所有盘块号，存入mint i = next;while (1){// if (FAT[i] != -2 && FAT[i] != -1) //不为-2int j = FAT[i];m[count] = i;count++;i = j;if (j == -1){break;}}//修改FATfor (int i = 0; i < p_count; i++){FAT[m[i]] = -2;}//修改位示图for (int i = 0; i < p_count; i++){b[m[i] / 8][m[i] % 8] = 0;}return 0;
}//
void cdir(char *name) //切换目录下一个目录
{F *np = p;np = np->child;                  //让np指向当前目录的孩子结点（下一级目录或文件）if (strcmp(np->name, name) == 0) //判断两个是否相等{p = np; //找到并进入，当前目录p就为np}else{while (strcmp(np->name, name) != 0){                                    //不等于，就找下一个np = np->next;                   //找其if (strcmp(np->name, name) == 0) //找到就进入{p = np; //找到并进入break;}if (np == NULL) //全部遍历完，都没有找到{printf("未找到此目录");break;}}}
}//显示位示图
void byteShow()
{for (int i = 0; i < 8; i++){for (int j = 0; j < 8; j++){printf("%d ", b[i][j]);}printf("\n");}
}void fatShow() //文件配置表
{printf("\n");printf("\n-------FAT表如下:\n");for (int i = 0; i < 64; i++){printf("%3d ", FAT[i]);if (i != 0 && ((i + 1) % 8 == 0)){printf("\n");}}printf("\n");
}void openfile(char *name) //打开文件
{F *np = p;np = np->child;                  //让np指向当前目录的孩子结点（下一级目录或文件）if (strcmp(np->name, name) == 0) //判断两个是否相等{np->read = 1; //标记状态已读}else{while (strcmp(np->name, name) != 0){                                    //不等于，就找下一个np = np->next;                   //找其if (strcmp(np->name, name) == 0) //找到就进入{// p = np; //找到并进入np->read = 1; //标记状态已打开printf("\n文件已经打开！\n");break;}if (np == NULL) //全部遍历完，都没有找到{printf("未找到此目录");break;}}}
}void closefile(char *name) //关闭文件
{F *np = p;np = np->child;                                   //让np指向当前目录的孩子结点（下一级目录或文件）if (strcmp(np->name, name) == 0 && np->type == 1) //判断两个是否相等,且为文件{np->read = 0; //标记状态已读}else{while (strcmp(np->name, name) != 0){                                                     //不等于，就找下一个np = np->next;                                    //找其if (strcmp(np->name, name) == 0 && np->type == 1) //找到就进入{// p = np; //找到并进入np->read = 0; //标记状态已关闭printf("\n文件已经关闭！\n");break;}if (np == NULL) //全部遍历完，都没有找到{printf("未找到此目录");break;}}}
}//菜单
void menu()
{char choise[10];char f_name[10];int flag = 1;while (flag){printf("\n*************文件系统***************************\n");printf("             1.md（创建目录）\n");printf("             2.rd（删除目录）\n");printf("             3.dir（列出当前目录下信息）\n");printf("             4.mk（创建文件）\n");printf("             5.del（删除文件）\n");printf("             6.cd（切换目录）\n");printf("             7.cd..（返回上一级）\n");printf("             8.fat（展示文件分配表FAT）\n");printf("             9.show（展现位示图）\n");printf("             10.open（打开文件）\n");printf("             11.close（关闭文件）\n");printf("*************************************************\n\n");do{//更新当前所在(当前所在路径）*updatelujing();scanf("%s", &choise);//创建目录*if (strcmp(choise, "md") == 0){create_Dir(2); // 2为目录，1为文件}//删除空目录*else if (strcmp(choise, "rd") == 0){//printf("请输入需要删除的文件名\n");scanf("%s", f_name);delDir(f_name);}//显示当前目录下目录或文件*else if (strcmp(choise, "dir") == 0) //{printNow();}//创建文件*else if (strcmp(choise, "mk") == 0){create_Dir(1); // 1为文件}//删除文件*else if (strcmp(choise, "del") == 0){//printf("请输入需要删除的文件名\n");scanf("%s", f_name);delFile(f_name); //删除文件}//切换下一级目录*else if (strcmp(choise, "cd") == 0){//printf("请输入目录名\n");scanf(" %s", f_name);cdir(f_name);}//切换上一级*else if (strcmp(choise, "cd..") == 0){p = p->parent; //直接让当前目录的指针指向父节点。}//展示FAT*else if (strcmp(choise, "fat") == 0){fatShow();}//展示位示图*else if (strcmp(choise, "show") == 0){byteShow();}else if (strcmp(choise, "open") == 0) //读文件{//printf("请输入需要读的文件名\n");scanf("%s", f_name);openfile(f_name);}else if (strcmp(choise, "close") == 0) //写文件{//printf("请输入需要关闭的文件名\n");scanf("%s", f_name);closefile(f_name);}} while (flag == 1);}
}int main()
{printf("\n------初始化根目录中...\n");initdir(); //初始化根目录printf("****初始化位示图\n");byteCreat(); //创建位示图menu();      //菜单return 0;
}

六、运行结果

1、进入系统初始界面

2、测试数据

（1）创建目录

测试在根目录root下创建两个子目录11和22，在子目录11中在创建子目录111。结果如下：

（2）删除空目录

测试删除目录，删除目录11，和目录222，只有空目录才能删除。测试结果如下：

（3）切换目录

（4）创建文件

在根目录下创建qq.txt 文件，大小为32B测试结果如下：

在11目录下新建文件ww.txt 大小为21B，测试结果如下：

（5）删除文件

测试在11目录下删除已打开的ww.txt文件，文件打开状态不能删除文件，关闭后才能删除。测试结果如下：

（6）打开文件

打开ww.txt文件，测试结果如下：

（7）关闭文件

关闭qq.txt文件，测试结果如下：

七、课设总结：

本次课程设计的选题是文件管理，在此次课程设计中收获颇多。不仅加深了对操作系统这门课程的理解，通过实操还将课本上的知识、对文件管理所涉及的思想应用到实际的开发上。在此次设计过程中也遇到了一些问题及其解决方案如下：

（1）最开始新建文件时，是固定了每个文件只能占3个盘块，后来发现这是一个可以改进的缺陷，于是在FCB结构体中在定义了一个代表文件大小的属性size,然后模拟的一个磁盘大小是10B，一共64个磁盘。通过对向上取整根据每个文件大小计算需要多少个盘块，即F_SIZE=(size-1) /10.这样就得到F_SIZE每个文件所需的盘块数。最后利用三重for循环将所需的盘块，每次找到一个空闲磁盘块就结束，寻找第二个时从头开始找。找到并存入临时数组m[100]中。其中在查找空闲磁盘块中也是存在缺陷的，时间复杂度较高。还有改进的空间，可改成找到所有所需的磁盘块在结束，即寻找第二个盘块就无需从头开始。

（2）在新建文件后更改FAT表时也存在一些缺陷。原先设计的FAT表中如果FAT[i]为大于0的数就是代表盘块号，在后续的开发中发现，当需要寻找每个文件存储在哪个盘块时比较麻烦，后来回归课本，发现可以使用索引的方式可以快速的、准确的找到每个文件所占用的盘块号，即FAT[i]表示下一个盘块号，i表示文件的第一个盘块号。

（3）在删除文件后需要更改FAT表及位示图中也遇到一些麻烦。因为FAT[i]表示的含义下一个盘块号，就无法使用简单的遍历FAT表找到就将其修改。因为这个问题想了很久，最终找到了解决方法，具体实现是这样的，先取出该文件的一个盘块号first和文件大小，计算该文件需要多少个盘块记为F_SIZE,利用while循环在循环中定义一个变量j，存FAT[i]的值，即索引的下一个盘块号，i=first即最开始为第一个盘块号，先将i存储在临时数组m[ ]中，然后使i=j,继续进入下一次循环，直到j=-1，( 即FAT[i]=-1表示最后一个磁盘没有索引号了 )，故结束循环.最后利用m数组修改FAT和位示图。