操作系统课程设计之二级文件系统演示

其实，刚拿到这个题目时，我真的没有思路，随后我就对着老师的课设指导书进行研究，对二级文件系统的演示这个课题的每个要求进行分析，总算是有了思路。下面给出我的分析。

文件系统演示

一、课程设计目的

使学生熟悉文件管理系统的设计方法；加深对所学各种文件操作的了解及其操作方法的特点。

//既然是基于控制台的，我们可以更改颜色玩玩

二、课程设计内容

设计一个简单的多用户文件系统。即 //和后面一样，用结构体数组实现

①在系统中用一个文件来模拟一个磁盘； //switch语句或者if-else语句实现，既然这里说到了 用一个文件去模拟一个磁盘，换句话说，在你的课设里，必须要有磁盘空间分配的思路在里面，不然就不是模拟磁盘了。

②此系统至少有：Create、delete、open、close、read、write等和部分文件属性的功能。

③实现这个文件系统。 //文件系统要实现

④能实际演示这个文件系统。//cmd演示即可

基本上是进入一个界面（此界面就是该文件系统的界面）后，可以实现设计的操作要求。

三、课程设计指导

1）设计一个10个用户的文件系统，每次用户可保存10个文件，一次运行用户可以打开5个文件。 //三个数组的大小分别为 10、10、5

//一次运行用户最多可以打开5个文件如何实现？ 在用户文件里面加变量判断，用户每打开一个就+1，

//每次用户最多可保存10个文件如何实现？ 很明显，同时保存我们是无法做到的，无论是谁，都无法做到，也就是说还是一个个保存的，那么同样可以设置变量判断。如果保存的较多，那么只好请用户单独关闭某些指定的文件。

2）程序采用二级文件目录（即设置主目录MFD）和用户文件目录（UFD）。另外，为打开文件设置了运行文件目录（AFD）。 //存放各个用户目录的文件夹、用户目录

//是说运行的所有文件用一个目录层次表示吗

3）为了便于实现，对文件的读写作了简化，在执行读写命令时，只需改读写指针，并不进行实际的读写操作。 //整型的变量判断是否读写完成了 下面的pointer

4）因系统小，文件目录的检索使用了简单的线性搜索。 //链表的顺序查找

5）文件保护简单使用了三位保护码：允许读写执行、对应位为 1，对应位为0，则表示不允许读写、执行。 //标记变量即可实现

6）程序中使用的主要设计结构如下：主文件目录和用户文件目录（MFD、UFD），打开文件目录（AFD）即运行文件目录，如图5.1所示。//主要的结构体设计



还有MFD、UFD、AFD最好全部存到文件里面去，不然每次都要输入，十分麻烦，而且不能通过看文件 查看到自己的实验现象，着实不便。

参考的数据结构设计如下

struct TYPE_UFD //用户文件目录

{

string File_Name; //文件名

bool Read; //读保护码，true为可读

bool Write; //写保护码，true为可写

bool Execute; //执行保护码，true为可执行

int Length_File; //文件长度

}; //用户文件目录和用户打开的文件目录是不是都各有自己的属性

struct TYPE_MFD //主文件目录

{

string User_Name; //用户名

TYPE_UFD *Pointer; //用户文件目录指针

};

//很明显，第三个结构体没有指针域，但我们是需要指针域的，还有下面红色部分可以合在一个整型变量里面的

struct TYPE_AFD //打开文件目录

{

int File_ID; //打开的文件号

boolRead;//读保护码，true为可读

boolWrite;//写保护码，true为可写

boolExecute;//执行保护码，true为可执行

int Pointer; //读写指针

};

7）文件系统结构如图5.2所示

//很明显，这里要用到的数据结构是 链表


    

8）文件系统算法的流程图如图5.3所示。

                            


图5.3文件系统算法的流程图

//这里告诉了你 main函数的主要调用的函数顺序

9）注意对于物理块的访问（包括访问指针，空闲位）需要经过输入输出，相当于通过定位对文件进行读写。打开文件目录（AFD）是在内存中，由打开文件时创建。

好了，分析完了，就要开始编写代码了，下面附上我小小的代码，还有很多需要修改的地方，做的不好的地方，大神就请原谅，也希望多多指点我。

先附上效果图：
                

头文件部分：
#include<cmath>
#include<ctime>
#include<string>
#include<conio.h>
#include<fstream>
#include<cstdlib>
#include<iostream>
#include<windows.h>
using namespace std;

typedef struct UFD
{
string File_name;         //文件名
int Start;                //文件在磁盘存储空间的起始地址
int Protect;              //文件的属性
int File_length;           //文件的长度
int Max_File_length;         //文件的最大长度
struct UFD *next;
}UFD,*UFD_ptr;

typedef struct MFD
{
string User_name;
string User_passwd;
UFD *Ufd_next;
int End;
struct MFD *next;
}MFD,*MFD_ptr;

typedef struct AFD
{
string File_name;
int File_length;
int Start;
int Protect;
int Pointer;    //根据这个指针的值去完成用户的要求  读写指针
int Max_File_length;
struct AFD *next;
}AFD,*AFD_ptr;
源文件部分：
#include"os_fss.h"

#define MaxDisk 512*1024   //一个扇区512字节,假设有1024个扇区,模拟磁盘的大小
int Max_User=10;
int Max_Open=5;
int Max_End=0;
UFD_ptr pufd=NULL;
MFD_ptr pmfd=NULL;
AFD_ptr pafd=NULL;
char User_name[30];   //存放当前用户的用户名
char flag='n';
char Disk_Size[MaxDisk];    //最后在打印输出的时候，用RWX表示即可

typedef struct Disk_Table
{
int Max_length;      //最大长度
int Start;          //开始位置
}Disk_Node;
Disk_Node Disk_Head;

void Init_Disk()
{
Disk_Head.Max_length=MaxDisk;
Disk_Head.Start=0;
}

bool Init_MFD()
{
pmfd=(MFD *)new MFD;   //带头节点的单向链表
MFD *p=pmfd;
ifstream ifs("MFD.txt");  //文件的输入流对象
if(!ifs)
{
cerr<<"错误：无法打开文件"<<endl;
p->next=NULL;
p->Ufd_next=NULL;
return false;
}
while(!ifs.eof())
{
p->next=(MFD *)new MFD;
ifs>>p->next->User_name>>p->next->User_passwd>>p->next->End;
if(p->next->End>Max_End)
Max_End=p->next->End;
p=p->next;
p->Ufd_next=NULL;
p->next=NULL;
}
ifs.close();
return true;
}

void Print_UFD()
{
UFD *p=pufd->next;
if(!p)
{
cout<<"抱歉,该用户没有创建任何文件,请先创建!!!"<<endl;
return ;
}
cout<<"文件名\t\t最大文件长度\t文件权限\t起始位置\t文件长度"<<endl;
while(p)
{
cout<<p->File_name<<"\t\t"<<p->Max_File_length;
if(p->Protect==0)
cout<<"\t\t"<<"---";
else if(p->Protect==1)
cout<<"\t\t"<<"r-x";
else if(p->Protect==2)
cout<<"\t\t"<<"rwx";
cout<<"\t\t"<<p->Start;
cout<<"\t\t"<<p->File_length<<endl;
p=p->next;
}
}

bool Init_UFD(char *name)
{
ifstream ifs(name);
pufd=(UFD *)new UFD;
UFD *p=pufd;
char temp[MaxDisk];
bool Index=false;
if(!ifs)
{
cerr<<"错误：无法打开文件"<<endl;
p->next=NULL;
return false;
}
while(!ifs.eof())
{
memset(temp,'\0',sizeof(temp));
p->next=(UFD *)new UFD;
if(!Index)
{
pmfd->Ufd_next=p->next;
Index=true;
}
ifs>>p->next->File_name>>p->next->Max_File_length>>p->next->Protect>>p->next->Start>>p->next->File_length;
ifs>>temp;
if(temp[0]=='#')
temp[0]='\0';
for(int i=p->next->Start,j=1;j<=p->next->Max_File_length-1;i++,j++)
{
Disk_Size[i]=temp[j-1];
if(!Disk_Size[i])
break;
}
Disk_Head.Max_length-=p->next->Max_File_length;
//	Disk_Head.Start+=p->next->Max_File_length;
p=p->next;
p->next=NULL;
}
ifs.close();
return true;
}

void Rename_File()
{
string File_name;
UFD *temp=pufd;
char Index;
SD:
cout<<"请输入文件的名字："<<endl;
cin>>File_name;
while(temp)
{
if(temp->File_name==File_name)
{
cout<<"请输入新的文件名："<<endl;
cin>>File_name;
temp->File_name=File_name;
break;
}
temp=temp->next;
}
if(!temp)
{
cout<<"抱歉,输入的文件不存在,无法完成重命名文件操作,是否继续操作<y/n>?"<<endl;
cin>>Index;
if(Index=='y')
goto SD;
else
return ;
}
else
cout<<"修改成功!!!"<<endl;
}

bool User_Check()
{
string User_passwd;
int Count=0;
while(1)
{
cout<<"请输入用户名：";
cin>>User_name;
INIT:
cout<<"请输入密码：";
cin>>User_passwd;
MFD *p=pmfd->next;
char temp[30];
memset(temp,'\0',sizeof(temp));
strcpy(temp,User_name);
Count++;
while(p)
{
if(User_name==p->User_name)
{
if(User_passwd==p->User_passwd)
cout<<"登入成功."<<endl;
else
{
cout<<"抱歉,密码错误,登陆失败,请重新输入!!!"<<endl;
if(Count==3)
{
cout<<"密码错误次数过多,系统运行结束!!!"<<endl;
return false;
}
goto INIT;
}
strcat(temp,".txt");
Init_UFD(temp);
//			Print_UFD();
Disk_Head.Start=Max_End;
return true;
}
p=p->next;
}
cout<<"用户名不存在,请重新输入!!!"<<endl;
}
//	return false;
}

void Init_AFD()
{
pafd=(AFD *)new AFD;
pafd->next=NULL;
}

bool Create_MFD()//创建文件命令
{
string User_name;
char User_passwd[30];
MFD *p = pmfd;
cout<<"请输入要创建的用户名: ";
cin>>User_name;
cout<<"请输入"<<User_name<<"用户的密码：(默认为:admin)";
getchar();
cin.getline(User_passwd,30);
if(User_passwd[0]=='\0')
strcpy(User_passwd,"admin");
while(p)
{
if(User_name==p->User_name)
{
cout<<"此用户名已存在!!!"<<endl;
return false;
}
if(!p->next)
break;
p= p->next;
}
p->next = (MFD *)new MFD;  //尾插法
p=p->next;
p->User_name=User_name;
p->User_passwd=User_passwd;
p->End=0;
p->next = NULL;
p->Ufd_next = NULL;
Max_User--;
return true;
}  //应该是 不同的用户下的UFD文件名是不一样的啊，怎么出问题了

bool Create_UFD()//创建文件命令
{
string File_name;
UFD *p = pufd;
unsigned int Protect;
int Max_File_length;
//	AFD *pa = pafd;
cout<<"请输入要创建的文件名: ";
cin>>File_name;
cout<<"请输入要创建的文件保护类型：";
cin>>Protect;
cout<<"请输入文件的最大容量："<<endl;
cin>>Max_File_length;
while(p)
{
if(File_name==p->File_name)
{
cout<<"此文件名已存在!!!"<<endl;
return false;
}
if(!p->next)
break;
p= p->next;
}
p->next = (UFD *)new UFD;  //尾插法
p=p->next;
p->File_name=File_name;
p->Max_File_length=Max_File_length;
p->Start=Disk_Head.Start;
p->Protect = Protect;
//	p->Time_info=      //暂定
p->File_length = 0;     //刚创建文件时，文件是空的
Disk_Head.Start+=Max_File_length;
p->next = NULL;      //我觉得这部分代码有问题；用户创建了一个文件并不代表该文件就被打开了
return true;
}

bool Delete_UFD()  //关于主目录的用户文件夹的文件删除-->先这样写，好吧    //如果文件已经打开了，是不能删除的
{
string File_name;
cout<<"请输入要删除的文件名：";
cin>>File_name;
UFD *p=pufd,*temp;
AFD *pa=pafd;
while(pa->next)
{
if(File_name==pa->next->File_name)
{
cout<<"抱歉,该文件已被打开,请先关闭,再进行删除操作!!!"<<endl;
return false;
}
}
while(p->next)
{
if(File_name==p->next->File_name)
{
temp=p->next;
p->next=p->next->next;  //如果说要回收模拟的磁盘空间的话，应该是回收最大长度
//	Disk_Head.Max_length+=temp->Max_File_length;    //链表中删除了，其他的文件内容的起始位置不变即可，又没事，还是照样可以访问数据的嘛
delete temp;
cout<<"文件删除成功!!!"<<endl;
return true;
}
p=p->next;
}
cout<<"抱歉,要删除的文件不存在!!!"<<endl;
return false;
}

bool Open()
{
string File_name;
unsigned int Protect;
cout<<"请输入要打开的文件名：";
cin>>File_name;
UFD *p=pufd->next;
AFD *pa=pafd->next;
while(pa)
{
if(File_name==pa->File_name)
{
cout<<"文件"<<File_name<<"已经打开!!!"<<endl;
return true;
}
if(!pa->next)
break;
pa=pa->next;
}
if(!pa)     //如果找不到，或者打开的文件目录链表为空表
pa=pafd;
while(p)
{
if(File_name==p->File_name)
{
if(!Max_Open)
{
cout<<"抱歉，最多只能打开5个文件,请先关闭其他打开的文件再操作!!!"<<endl;
return false;
}
if(p->Protect==0)
{
cout<<"抱歉，此文件不可执行任何操作!!!"<<endl;
return false;
}
cout<<"请选择以什么样的方式打开文件<1-只读,2-可读可写>：";
cin>>Protect;
pa->next=(AFD *)new AFD;
pa=pa->next;
pa->File_name=p->File_name;
pa->Start=p->Start;
pa->File_length=p->File_length;
pa->Max_File_length=p->Max_File_length;
pa->Protect=Protect;
if(Protect==1)
pa->Pointer=0;   //Poniter取0表示此时用户无法写数据(没有空间的含义)
else
pa->Pointer=p->File_length;
pa->next=NULL;
Max_Open--;
cout<<"文件"<<File_name<<"已经打开!!!"<<endl;
return true;
}
p=p->next;
}
cout<<"抱歉,要打开的文件不存在!!!"<<endl;
return false;
}

void Close()
{
string file_name;
UFD *pu=pufd->next;
cout<<"请输入要关闭的文件名：";
cin>>file_name;
AFD *p=pafd,*temp;
while(p&&p->next)
{
if(file_name==p->next->File_name)
{
temp=p->next;
p->next=p->next->next;
if(temp->Protect==2)      //可写的文件才有权把新写入的数据也保存起来嘛
{
while(pu)
{
if(temp->File_name==pu->File_name)
{
pu->File_length=temp->Pointer;
break;
}
pu=pu->next;
}
}
delete temp;
cout<<"文件"<<file_name<<"关闭成功!!!"<<endl;
return ;
}
p=p->next;
}
cout<<"抱歉,要关闭的文件没有被打开!!!"<<endl;
}

bool Read_File()  //因为读写都是通过修改运行文件目录的Pointer去模拟的嘛
{
string File_name;       //你要读文件的话，你这文件肯定得在运行/打开文件目录里面，是吧
unsigned int length;
AFD *p=pafd->next;
cout<<"请输入要读的文件名：";
cin>>File_name;
cout<<"请输入要读取的长度：";  //读取的话，实际中文件的长度并不会改变
cin>>length;          //即读取的长度并不能保存回去,为了方便（如果用户是读数据的话，pointer始终不变）
while(p)
{
if(File_name==p->File_name)
{
for(int i=p->Start,j=1;j<=length;i++,j++)
cout<<Disk_Size[i];
cout<<endl;
cout<<"文件"<<File_name<<"读取成功!!!"<<endl;
return true;
}
p=p->next;
}
cout<<"读取失败,文件没有打开过!!!"<<endl;
return false;
}

bool Write_File()  //写的话，自然是运行文件目录
{
string File_name;
unsigned int length;
AFD *p=pafd->next;
char temp[MaxDisk]={'\0'};
cout<<"请输入要写的文件名：";
cin>>File_name;
while(p)
{
if(File_name==p->File_name)
{
if(p->Protect!=2)
{
cout<<"文件"<<File_name<<"不可写"<<endl;
return false;
}
cout<<"请输入要写入的长度："<<endl;
cin>>length;
if(p->Pointer+length<=p->Max_File_length)
{
cout<<"请写入指定长度的内容：<以回车作为结束符>"<<endl;
getchar();
gets(temp);
for(int i=p->Start+p->File_length,j=1;j<=strlen(temp);i++,j++)
Disk_Size[i]=temp[j-1];
p->Pointer += length;
cout<<"文件"<<File_name<<"写入成功!!!"<<endl;
}
else
{
cout<<"欲写入的数据大小发生溢出,已超过文件的分配容量,写入失败!!!"<<endl;
return false;
}
return true;
}
p=p->next;
}
cout<<"写入失败,文件没有打开过!!!"<<endl;
return false;
}

void Destroy_Space()
{
MFD *pm=pmfd;
while(pm)
{
pmfd=pmfd->next;
delete pm;
pm=pmfd;
}
AFD *pa=pafd;
while(pa)
{
pafd=pafd->next;
delete pa;
pa=pafd;
}
UFD *pu=pufd;
while(pu)
{
pufd=pufd->next;
delete pu;
pu=pufd;
}
}

void Save_MFD()
{
ofstream ofs;        //文件的输出流对象
ofs.open("MFD.txt");
if(!ofs.is_open())
{
cout<<"The MFD can't open!!!"<<endl;
if(flag=='y')
cout<<"正在保存主目录用户名信息..."<<endl;
else
ofs.close();  //该语句待定
}
MFD *p=pmfd->next;
while(p)
{
if(p->User_name==User_name)
p->End=Disk_Head.Start;
ofs<<p->User_name<<" "<<p->User_passwd<<" "<<p->End;
if(p->next)
ofs<<"\n";
p=p->next;
}
ofs.close();
}

void Save_UFD(char *name)
{
ofstream ofs;        //文件的输出流对象
char temp[MaxDisk]={'\0'};
ofs.open(name);
if(!ofs.is_open())
{
cout<<"The "<<name<<"文件 can't open!!!"<<endl;
ofs.close();  //该语句待定，这语句真的用的很妙，因为我并没有马上退出这次函数调用了
}
UFD *p=pufd->next;
while(p)
{
memset(temp,'\0',sizeof(temp));
for(int i=p->Start,j=1;j<=p->Max_File_length;i++,j++)
{
if(Disk_Size[i])
temp[j-1]=Disk_Size[i];
else
break;
}
if(!temp[0])        //如果文件没有数据的话，就用空格表示此文件没有任何内容
temp[0]='#';
ofs<<p->File_name<<" "<<p->Max_File_length<<" "<<p->Protect<<" "<<p->Start<<" "<<p->File_length<<" "<<temp;
if(p->next)
ofs<<"\n";
p=p->next;
}
ofs.close();
}

void Quit_System()
{
AFD *pa=pafd->next;
UFD *pu=pufd->next;
while(pa)
{
if(pa->Protect==2)  //2表示可写   //1表示只读  //0表示不可操作
{
while(pu)
{
if(pa->File_name==pu->File_name)
{
pu->File_length=pa->Pointer;
break;
}
pu=pu->next;
}
}
pa=pa->next;
}
char temp[30];
strcpy(temp,User_name);
strcat(temp,".txt");
Save_MFD();
Save_UFD(temp);
Print_UFD();
Destroy_Space();
}

void Print_Help()
{
system("color 0b");
cout<<"************************二级文件系统演示*************************"<<endl;
cout<<"*\t\t命令			  说明			*"<<endl;
cout<<"*\t\tlogin			登录系统		*"<<endl;
cout<<"*\t\tcreate			创建文件		*"<<endl;
cout<<"*\t\tdelete			删除文件		*"<<endl;
cout<<"*\t\topen			打开文件		*"<<endl;
cout<<"*\t\tclose			关闭文件		*"<<endl;
cout<<"*\t\tread			读取文件		*"<<endl;
cout<<"*\t\twrite			写入文件		*"<<endl;
cout<<"*\t\tls		        显示目录		*"<<endl;
cout<<"*\t\trename			重命文件		*"<<endl;
cout<<"*\t\thelp			帮助菜单		*"<<endl;
cout<<"*\t\tcls 			清除屏幕		*"<<endl;
cout<<"*\t\tlogout 			切换用户		*"<<endl;
cout<<"*\t\tquit			退出系统		*"<<endl;
cout<<"*****************************************************************"<<endl;
}

void System_Init()
{
Start:
Print_Help();
Init_Disk();
if(!Init_MFD())
{
int num;
cout<<"主目录还未创建，是否创建<y/n>!!!"<<endl;
cin>>flag;
cout<<"请输入欲创建的用户文件夹的个数(1-10)："<<endl;
cin>>num;
if(flag=='y')
{
while(num--)
{
Create_MFD();
if(!Max_User)
{
cout<<"本系统,最多支持10个用户,创建多余用户失败,请删除其他用户,再做尝试!!!"<<endl;
return ;
}
}
Save_MFD();
cout<<"主目录已经创建完成,用户各自目录已得到保存,是否继续<y/n>!!!"<<endl;
cin>>flag;
if(flag=='y')
goto Start;
}
}
return ;
}

void File_System()
{
while(1)
{
string Command;
cout<<"请输入命令：";
cin>>Command;
if(Command=="create")
Create_UFD();
else if(Command=="delete")
Delete_UFD();
else if(Command=="open")
Open();
else if(Command=="close")
Close();
else if(Command=="read")
Read_File();
else if(Command=="write")
Write_File();
else if(Command=="quit")
{
Quit_System();
break;
}
else if(Command=="ls")
Print_UFD();
else if(Command=="cls")
system("cls");
else if(Command=="login")
{
if(!User_Check())
break;
Init_AFD();
}
else if(Command=="rename")
Rename_File();
else if(Command=="logout")
{
cout<<"用户登出成功!!!"<<endl;
Quit_System();
System_Init();
File_System();
}
else
Print_Help();
}
}

int main()   //我保存，我不能连我的指针域也保存啊，这是不对的吧
{
System_Init();
File_System();
return 0;
}