FAT文件系统操作系统课程设计实验报告

来源：化拓教育网

操作系统课程设计之三

设计任务：模拟OS文件系统

在任一OS（Window或者Dos；也可以是在Linux下，但要求能将结果演示给老师看）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OS文件系统。

1、在现有机器硬盘上开辟10M（共10000个盘块，每盘块大小为1k）的硬盘空间（生

成一个10M的用户文件SDisk.dat即可），作为设定的硬盘空间。

2、编写一管理程序SDisk，对此空间进行管理，以模拟OS文件系统，要求：

⑴、盘块大小1k

⑵、空闲盘块的管理：采用位示图法

⑶、文件空间管理：采用FAT（文件分配表），每个盘块号占2个字节

⑷、目录项管理：

①、每个目录项占用32字节，其中前8个字节（0-7）为文件名，之后跟3个字节（8-10）

的扩展名，26-27字节，存放文件的第一个盘块号，最后四个字节（28-31），存放文件长度（如果目录项对应的是下一级子目录（文件），其文件长度部分为0）

②、目录按文件方式管理，每个目录仅用一个盘块（即1k，最多装32个目录项）

③、第0个目录项为本目录，即“.”，第0个字节为“.”，即0x2E，第26-27字节指

明本目录所在盘块。

④、第1个目录项为父目录，即“..”，第0，1个字节为“..”即0x2E,0x2E，第26-27

字节指明父目录所在盘块。

⑤、每个目录实际能放下文件或子目录30项。

⑸、文件系统空间分配：

①、第0个盘块（1k）存放磁盘信息（可以设定为格式说明“FAT32”、盘块大小，盘块数等内

容）

②、第1个盘块起，至125盘块，共125个盘块（125k）存放FAT内容

③、第126、127（2个）盘块，存放位示图

④、从第128盘块至10000盘块，皆为数据（区）盘块，其逻辑编号从0开始，至9872

号数据盘块，即第0数据盘块为128号盘块，第1数据盘块为129号盘块，…

⑤、第0数据盘块（即128号盘块），存放根目录（同样只用一个盘块作根目录），由

于第0、1目录项为“.”（本目录）, “..”（父目录），因此根目录下同样只能存放30个文件或目录，并且从第2个目录项开始。

⑥、文件或子目录数据，放在第1数据盘块及以后的数据盘块中，由用户按需要使用。

3、SDisk管理程序的功能要求如下：

⑴、正常情况下，显示等待命令输入符号#

⑵、改变目录命令：

#cd 目录名，改变当前工作目录，目录不存在时给出出错信息

#cd ..，返回上一级目录，如果是根目录，给出提示信息

⑶、生成新目录

#md 目录名，创建新目录（需要更改FAT内容和位示图内容）

⑷、删除目录

#rd 目录名，删除目录，如果目录不存在时给出出错信息（需要更改FAT内容和位

示图内容）

⑸、显示目录

#dir，显示指定目录下或当前目录下的信息，包括文件名、扩展名、物理地址（文

⑹、创建新文件

#CreateFile 文件名.扩展名文件长度，根据文件名.扩展名，创建一个目录项

（fcb），根据文件长度和位示图中空闲盘块情况，分配足够多的连续盘块，给新文件（需要更改FAT内容和位示图内容）。

⑺、删除文件

#DelFile 文件名.扩展名，在文件所在的目录项中，将第一个字节变为0xE5，并同时修改FAT内容和位示图内容；如果文件不存在，给出出错信息

⑻、文件拷贝

#CopyFile 老文件,新文件，为新文件创建一个目录项，并将老文件内容复制到新文件中，并同时修改FAT内容和位示图内容

⑼、显示位示图内容

#ShowBitMP，将位示图内容（已有信息部分），显示在屏幕上（按十六进制）

⑽、显示FAT内容

#ShowFAT，将FAT内容（已有信息部分），显示在屏幕上（按十六进制）

4、程序的总体流程为：

⑴、输出提示符#，等待接受命令，分析键入的命令；

⑵、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

（1、请参考“03.FAT32文件系统简介.doc”中，有关文件系统的规定； 2、请参考WinHex中，目录所显示的信息进行编程） //关于FAT 和MAP表的解释

//用bitset库，做MAP的是否判断，因为作业要求从数据块从128位开始，所以bitset的前128位被置为-1，同样FAT表也是，其次，MAP表和FAT表同样是用数组方式做保存，这样就略过了是对具体地址的操作，从数组的下标很容易的定位，

关于对FAT表和MAP表的用法

1. 当要用到数据块是，查询MAP表（因为只做比较查询即可）,查询到的未用位置置1，然后在FAT表上进行相应记录，在本程序做出的规定是，当文件夹FAT表做-1，若是文件则按照FAT做对应的顺序记录，最后一块同样是-1结束，

2. 回收的时候，是按照FAT表的首项，做顺序置0，然后MAP也在相应位置置0

#include

/***********************************************************/

//AUTHOR:CHENLOG

//ENVIROMENT:VC2008 WIN7

//DATE:2011-6-5 VERSION 1.0

/***********************************************************/

using namespace std;

const int BLOCKNUM_SIZE=2; //盘块号大小

const int BLOCK_SIZE=1024; //一个盘块大小数

const int BLOCK_NUM=10001; //盘块数量

const int DISK_SIZE=1024*1000*10; //磁盘大小

const int LIST_SIZE=32; //目录项大小

const int MAP_SIZE=10001; //MAP 长度

const int FATNUM=125; //FAT的盘块数第块没有用

const int FATLIST=512; //每个盘口FAT的记录数

const int DATABEG=128; struct FCB

{

char fname[8]; char exname[3]; short fnum; int length; };

struct fatid{

short id[FATNUM*FATLIST]; }*FAT;

//数据项开始FAT号

//文件名

//扩展名

//首块号

//文件大小，目录则文件大小为；//FAT 大小512个记录一块

struct map{

bitset maplist;

}*MAP;

struct DIR

{

struct FCB list[LIST_SIZE+1];}*filedir;

int currentid=128; int currentdir=128; 没有使用

char *file; char *FilePath=\"myfat\"; FILE *fp; string CURRENT=\"root\\\\\"; //当前FAT号

//当前目录块号初始化是+1 //磁盘的首地址

//window文件保存地址

//window 文件地址

//当前路径

由于第个单元 char cmd[30]; //输入指令

char command[16];

*对文件存储器进行格式化

*创建根目录

void findBit(struct map *MAP)

{

}

void init(struct fatid *FAT)

{

int i,j;

for(i=1;i{

if(i>DATABEG)

FAT->id[i]=0;

else

FAT->id[i]=-1;

}

void format()

{

bool i;

FAT=(struct fatid *)(file+BLOCK_SIZE); 址

MAP=(struct map *)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE); init(FAT);

//当前FAT地//初始化位示图

FAT->id[0]=9872;

filedir=(struct DIR *)(file+(FATNUM+1+2)*BLOCK_SIZE); 地址

//当前目录指针

FAT->id[128]=-1;

FAT->id[0]=9872-1;

strcpy(filedir->list[0].fname,\".\");

strcpy(filedir->list[0].exname,\"dir\");

filedir->list[0].fnum=currentdir;

filedir->list[0].length=0;

strcpy(filedir->list[1].fname,\"..\");

strcpy(filedir->list[1].exname,\"dir\");

filedir->list[1].fnum=currentdir;

filedir->list[1].length=0;

fp=fopen(FilePath,\"w+\");

fwrite(file,sizeof(char),DISK_SIZE,fp);

fclose(fp);

printf(\"初始化已经完成,现在可以进行操作了!\\n\\n\");

}

*创建子目录

int mkdir(char *str)

{

int i,j;

int blockid; //将要创建的FAT号

int blockdir; //将要创建的目录块号

int listnum; //目录块内编号

struct fatid *flagid;

struct DIR *dir; //当前目录指针

struct map *MAP;

struct fatid *FAT;

if(strcmp(str,\"\")==0)

{

printf(\"目录名称不能为空\\n\");

return 0;

}

dir=(struct DIR *)(file+(currentdir)*BLOCK_SIZE);

MAP=(struct map *)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);

FAT=(struct fatid *)(file+BLOCK_SIZE);

for(i=DATABEG+1;i{

if(MAP->maplist[i]==0)

break;

}

if(i>BLOCK_NUM)

{

printf(\"内存不足\\n\");

return 0;

}

MAP->maplist[i]=1; //map 置即已用

dir=(struct DIR *)(file+(currentdir)*BLOCK_SIZE);

for(i=2;i{

if(strcmp(dir->list[i].fname,str)==0)

{

printf(\"目录下有同名文件夹\\n\");

return 0;

}

for(i=2;i{

if(strcmp(dir->list[i].fname,\"\")==0) //有空的目录块且无重名，第

一版本的时候与上面的循环放在一起，存在一个情况是前面的建立的目录删除后，直接被同名的覆盖了

break;

if(i>LIST_SIZE)

{

printf(\"内存不足\\n\");

return 0;

}

flagid=(struct fatid *)(file+BLOCK_SIZE); //fat 首位地址

for(j=DATABEG+1;j{

if(flagid->id[j]==0)

{

blockdir=j;

break;

}

strcpy(dir->list[i].fname,str);

dir->list[i].fnum=blockdir;

strcpy(dir->list[i].exname,\"dir\");

dir->list[i].length=0;

dir=(struct DIR *)(file+blockdir*BLOCK_SIZE); //为新目录项创建根目录

strcpy(dir->list[0].fname,\".\");

strcpy(dir->list[0].exname,\"dir\");

dir->list[0].fnum=blockdir;

dir->list[0].length=0;

strcpy(dir->list[1].fname,\"..\");

strcpy(dir->list[1].exname,\"dir\");

dir->list[1].fnum=currentdir;

dir->list[1].length=0;

flagid->id[j]=-1; //修改FAT FAT->id[0]=FAT->id[0]-1;

printf(\"已经成功创建目录%s \\n\",str);

return 0;

}

目录尾部/*

*显示目录

int listshow()

{

int i,sumfile,sumdir,fl[100],dr[100];//fl 为文件的号数，dr为目录的号数

sumfile=sumdir=0;

struct DIR *dir;

struct fatid *FAT;

dir=(struct DIR *)(file+currentdir*BLOCK_SIZE);

for(i=0;i{

if(dir->list[i].length==0&&(strcmp(dir->list[i].fname,\"\")!=0)&&(dir->li

st[i].fnum!=0)) //为目录的

{

dr[sumdir]=i;

sumdir++;

}

if(dir->list[i].length!=0&&strcmp(dir->list[i].fname,\"\")!=0)

//为目录的

{

fl[sumfile]=i;

sumfile++;

}

for(i=0;iprintf(\" %s 文件夹\\n\",dir->list[dr[i]].fname);

for(i=0;iprintf(\" %s %s文件

\\n\",dir->list[fl[i]].fname,dir->list[fl[i]].exname);

printf(\"\\n\");

printf(\"\\n在该目录下共有%d 个文件, %d return 0;

}

*删除子目录

int rmdir(char *str)

{

int i;

int blockid;

个文件夹\\n\\n\",sumfile,sumdir-2);

int flag=0;

//FAT号

int blocknum; //目录块

struct fatid *FAT;

struct DIR *dir;

struct DIR *flagdir; //标记目录块

char c='a'; //做用户交互

int m=2; //从第三个子目录项开始搜索要删除的目录项情况

FAT=(struct fatid *)(file+BLOCK_SIZE);

针

dir=(struct DIR *)(file+currentdir*BLOCK_SIZE); //当前目录指

MAP=(struct map *)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);

for(i=2;i{

if(strcmp(dir->list[i].fname,str)==0) //找到要删除的子目录

{

break;

}

if(i>LIST_SIZE)

{

printf(\"该文件夹下不存在%s\",str);

return 0;

}

while(1)

{

printf(\"是否确认？（Y/N）\");

cin>>c;

if((c=='y'||c=='Y')||(c=='n'||c=='N'))

break;

}

if(c=='n'||c=='N')

return 0;

blocknum=dir->list[i].fnum;

flagdir=(struct DIR *)(file+blocknum*BLOCK_SIZE);

while(m!=LIST_SIZE)

{

if(strcmp(flagdir->list[m].fname,\"\")!=0)

{

printf(\"该目录下有子文件或者子目录，不能删除该目录\");

}

m++;

}

strcpy(dir->list[i].fname,\"\"); //父目录DIR

strcpy(dir->list[i].exname,\"\");

dir->list[i].fnum=0;

strcpy(flagdir->list[0].fname,\"\"); strcpy(flagdir->list[0].exname,\"\");

flagdir->list[0].fnum=0;

strcpy(flagdir->list[1].fname,\"\");

strcpy(flagdir->list[1].exname,\"\");

flagdir->list[0].fnum=0;

MAP->maplist[blocknum]=0;

FAT->id[blocknum]=0;

FAT->id[0]=FAT->id[0]+1;

return 0;

//要删除目录的DIR

}

*更改当前目录

int changedir(char *str)

{

int i,j;

int blocknum; //当前目录位置

int flagnum; //temp的目录位置

struct DIR * flagdir,*dir;

struct fatid * FAT;

string strflag; //为了改当前显示的代码

dir=(struct DIR *)(file+currentdir*BLOCK_SIZE);

if(strcmp(\"..\",str)==0) //判断是不是上层目录

{

blocknum=currentdir;

if(dir->list[0].fnum==dir->list[1].fnum) //根目录的特征

{

return 1;

}

currentdir=dir->list[1].fnum; //改变当前目录指针

flagdir=(struct DIR *)(file+currentdir*BLOCK_SIZE); //去上层的目

录地址

for(int j=0;j{

if(flagdir->list[j].fnum==blocknum)

{

strflag=flagdir->list[j].fname;

break;

}

CURRENT=CURRENT.substr(0,(CURRENT.length()-strflag.length())-1);

return 1;

}

for(i=2;i{

if(strcmp(dir->list[i].fname,str)==0&&strcmp(dir->list[i].exname,\"dir\")

==0)

{

currentdir=dir->list[i].fnum;

break;

}

if(i>LIST_SIZE)

{

printf(\"找不到指定的目录%s\\n\",str);

return 0;

}

CURRENT=CURRENT+str+\"\\\\\";

return 1;

}

*创建文件

int create(char *str,int length)

{

//getfilename

int i,j,l,t,k;

int blockdir;

int fid; //FAT的首块号

int flag; //文件的首块判断

char name[8]={0}; //文件名称

char exname[3]={0}; //文件扩展名

int templength; //temp文件长度

struct fatid * FAT;

struct DIR *dir;

struct map *MAP;

dir=(struct DIR *)(file+(currentdir)*BLOCK_SIZE);

MAP=(struct map *)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);

FAT=(struct fatid *)(file+BLOCK_SIZE);

templength=length;

l=strlen(str);

//取文件名

for(i=0;i{

name[i]=str[i];

if(str[i+1]=='.')

break;

}

if(i>=8)

{

printf(\"文件名称过长\\n\");

return 0;

}

//去扩展名

j=0;

i++;

i++;//除去点

k=l-i;

for(j=0;j{

if(str[i]=='\\0')

break;

exname[j]=str[i];

i++;

}

if(strcmp(name,\"0\")==0)

{

printf(\"文件名称不能为空\\n\");

return 0;

}

if(length>FAT->id[0])

{

printf(\"文件超出磁盘容纳空间\\n\");

return 0;

}

for(i=2;i{

if(strcmp(dir->list[i].fname,name)==0&&strcmp(dir->list[i].exname,exname)==0)

{

printf(\"改文件夹下，已经有同名文件\");

return 0;

}

if(strcmp(dir->list[i].fname,\"\")==0)

{

break;

}

if(i>LIST_SIZE)

{

printf(\"内存不足\\n\");

return 0;

}

strcpy(dir->list[i].fname,name);

strcpy(dir->list[i].exname,exname);

dir->list[i].length=length;

flag=1;

j=DATABEG+1;

while(1){//不断循环

if(MAP->maplist[j]!=1)

{

if(!templength--) //当length全部被分配完截止

break;

//上一块的地址

if(flag) //第一次分配是的首地址

{

dir->list[i].fnum=j; //给文件的首块

}

MAP->maplist[j]=1; if(!flag)

{

FAT->id[t]=j; FAT->id[0]=FAT->id[0]-1; }

t=j;

flag=0;

}

j++;

}

FAT->id[t]=-1; //

FAT->id[0]=FAT->id[0]-1;

//MAP减少

printf(\"已经成功创建文件%s \\n\",name);

return 1;

}

/**

复制文件

int cp(char *str,char *newname)

{

int i,j,k,l,length;

char name[8]={0}; //文件名称

char exname[3]={0}; //文件扩展名

struct DIR *dir;

l=strlen(str);

//取文件名

for(i=0;i{

name[i]=str[i];

if(str[i+1]=='.')

break;

}

//去扩展名

j=0;

i++;

i++;//除去点

k=l-i;

for(j=0;j{

if(str[i]=='\\0')

break;

exname[j]=str[i];

i++;

}

if(strcmp(newname,\"\")==0)

{

printf(\"文件名不能为空\\n\");

return 0;

}

dir=(struct DIR *)(file+currentdir*BLOCK_SIZE);

for(i=2;i{

if(strcmp(dir->list[i].fname,name)==0&&strcmp(dir->list[i].exname,exnam

e)==0)

break;

}

if(i>LIST_SIZE)

{

printf(\"找不到指定的文件%s\\n\",str);

return 0;

}

length=dir->list[i].length ;

create(newname,length);

}

*删除文件

int delfile(char *str)

{

int i,j,l,k;

int blocknum; //要删除的首块地址

int temp;

char name[8]={0}; //文件名称

char exname[3]={0}; //文件扩展名

char c='a';

struct DIR *dir;

struct fatid *FAT;

struct map *MAP;

l=strlen(str);

//取文件名

for(i=0;i{

name[i]=str[i];

if(str[i+1]=='.')

break;

}

//去扩展名

j=0;

i++;

i++;//除去点

k=l-i;

for(j=0;j{

if(str[i]=='\\0')

break;

exname[j]=str[i];

i++;

}

if(strcmp(str,\"\")==0)

{

printf(\"文件名不能为空\\n\");

return 0;

}

dir=(struct DIR *)(file+(currentdir)*BLOCK_SIZE);

MAP=(struct map *)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);

FAT=(struct fatid *)(file+BLOCK_SIZE);

for(i=2;i{

if((strcmp(dir->list[i].fname,name)==0)&&(strcmp(dir->list[i].exname,ex

name)==0))

break;

}

if(i>LIST_SIZE)

{

printf(\"找不到%s 文件\\n\",str);

return 0;

}

while(1)

{

printf(\"是否确认？（Y/N）\");

cin>>c;

if((c=='y'||c=='Y')||(c=='n'||c=='N'))

break;

}

if(c=='n'||c=='N')

return 0;

blocknum=dir->list[i].fnum;

dir->list[i].fnum=0; strcpy(dir->list[i].exname,\"\");strcpy(dir->list[i].fname,\"\");

dir->list[i].length=0;

//处理FAT AND MAP 表

while(FAT->id[blocknum]!=-1)

{

temp=FAT->id[blocknum];;

FAT->id[blocknum]=0;

//把目录项还原

FAT->id[0]=FAT->id[0]+1;

MAP->maplist[blocknum]=0;

blocknum=temp;

}

printf(\"已经成功删除%s\\n\",str);

return 0;

}

int ShowBitMp()

{

int i,j;

int list[BLOCK_SIZE]={0};

struct map *MAP;

MAP=(struct map *)(file+(FATNUM+1)*BLOCK_SIZE);

j=0;

for(i=DATABEG+1;i{

if(MAP->maplist[i]==1)

{

list[j]=i;

j++;

}

for(i=0;i{

if(list[i]!=0)

printf(\" %0x\",list[i]);

if(i%10==0)

printf(\"\\n\");

}

return 0;

}

int findBit()

{

return 0;

}

int ShowFat()

{

int i,j,flag;

struct fatid *FAT;

int list[BLOCK_SIZE]={0};

FAT=(struct fatid *)(file+BLOCK_SIZE);

j=0;

for(i=DATABEG+1;i{

if(FAT->id[i]!=0)

{

list[j]=i;

j++;

}

j=0;

flag=0;

for(i=0;i{

if(list[i]!=0)

{ printf(\" %0x\",list[i]);

if(flag){

if(j%10==0)

printf(\"\\n\");

}

flag=1;

j++;

}

return 0;

}

/**

退出系统

int exit()

{

fp=fopen(FilePath,\"w+\");

fwrite(file,sizeof(char),DISK_SIZE,fp);

fclose(fp);

free(file);

return 1;

}

void welcome()

{

//欢迎列表

printf(\"--------------------------------------------------\\n\");

printf(\"\\n以下是使用说明\\n\");

printf(\"format : 对磁盘格式化.\\n\");

printf(\"exit : 安全退出该文件系统,保存信息.\\n\");

printf(\"mkdir dirname ; 创建子目录.\\n\");

printf(\"rmdir dirname : 删除子目录.\\n\");

printf(\"ls dirname : 显示当前目录下信息.\\n\");

printf(\"cd dirname : 更改当前目录.\\n\");

printf(\"create filename.extren length : 创建一个新文件.\\n\");

printf(\"rm filename : 删除文件.\\n\");

printf(\"cp oldname newname: 复制文件.\\n\");

printf(\"ShowBitMP 显示位示图.\\n\");

printf(\"ShowFAT 显示FAT.\\n\");

printf(\"\\n--------------------------------------------\\n\");

//申请虚拟空间

file=(char *)malloc(DISK_SIZE*sizeof(char));

//加载

if((fp=fopen(FilePath,\"r\"))!=NULL)

{

fread(file,sizeof(char),DISK_SIZE,fp);

printf(\"加载磁盘文件%s文件成功，现在可以操作\\n\\n\",FilePath);

}else

{

printf(\"这是第一次使用文件管理系统\");

}

int main()

{

int length;

char newname[20];

welcome();

format();

while(1)

{

cout<cin>>cmd;

if(strcmp(cmd,\"format\")==0){

free(file);

file=(char*)malloc(DISK_SIZE*sizeof(char)); format();

}else if(strcmp(cmd,\"mkdir\")==0)

{

scanf(\"%s\",command);

mkdir(command);

}else if(strcmp(cmd,\"rmdir\")==0)

{

//重新分配空间

scanf(\"%s\",command);

rmdir(command);

}

else if(strcmp(cmd,\"ls\")==0)

{

listshow();

}else if(strcmp(cmd,\"cd\")==0)

{

scanf(\"%s\",command);

changedir(command);

}else if(strcmp(cmd,\"create\")==0)

{

cin>>command>>length;

create(command,length);

}else if(strcmp(cmd,\"cp\")==0)

{

cin>>command>>newname;

cp(command,newname);

}else if(strcmp(cmd,\"rm\")==0)

{

scanf(\"%s\",command);

delfile(command);

}else if(strcmp(cmd,\"exit\")==0){

exit();

break;

}else if(strcmp(cmd,\"ShowFAT\")==0){

ShowFat();

}else if(strcmp(cmd,\"ShowBitMp\")==0){

ShowBitMp();

}

else {

printf(\"无效指令,请重新输入:\\n\");

}

printf(\"Thank you for using my file system!\\n\");

return 0;

}}

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