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;elsereturn ;}elsecout<<"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)elsepa->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;elseofs.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];elsebreak;}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();}elsePrint_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;
}

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