操作系统课设--多用户多级目录的文件系统

一、课程设计的内容
本课程设计要求设计一个模拟的多用户多级目录的文件系统。通过具体的文件存储空间的管理、文件的物理结构、目录结构和文件操作的实现，加深对文件系统内部功能和实现过程的理解。
二、课程设计的要求与数据
1．在内存中开辟一个虚拟磁盘空间作为文件存储器，在其上实现一个多用户多目录的文件系统。
2．文件物理结构可采用显式链接或其他方法。
3．磁盘空闲空间的管理可选择位示图或其他方法。如果采用位示图来管理文件存储空间，并采用显式链接分配方式，则可以将位示图合并到FAT中。
4．文件目录结构采用多用户多级目录结构，每个目录项包含文件名、物理地址、长度等信息，还可以通过目录项实现对文件的读和写的保护。目录组织方式可以不使用索引结点的方式，但使用索引结点，则难度系数为1.2。
5．设计一个较实用的用户界面，方便用户使用。要求提供以下相关文件操作：
（1）具有login (用户登录)
（2）系统初始化（建文件卷、提供登录模块）
（3）文件的创建： create
（4）文件的打开：open
（5）文件的读：read
（6）文件的写：write
（7）文件关闭：close
（8）删除文件：delete
（9）创建目录（建立子目录）：mkdir
（10）改变当前目录：cd
（11）列出文件目录：dir
（12）退出：logout

一、设计思想说明

1.1设计环境
a、编程语言：C++
b、开发环境：DEV
c、操作系统：windows 10

1.2 设计思想
1.2.1整体思路
本次课程设计是一个模拟的多用户多级目录的文件系统，可以支持多用户注册、登录、注销，支持多级目录，文件按名存取，支持文件的增删查改，使用FAT显示链接保存文件在磁盘的分配，使用位示图保存磁盘块的使用情况。
整个项目主要内容分为三个模块的开发：一是用户模块，二是文件模块，三是磁盘模块。
1.2.2 用户模块
用户模块内容主要包括初始化建立管理员账号、注册账号、登录验证、退出登录、删除账号、打印所有用户等功能。
使用账号头指针admin将所有的账号链接起来，为所有的用户创建一个同名用户文件夹，该账号下的所有文件操作都在该文件夹下执行。
用户指针保存用户名、用户密码、指向下一个用户的指针和指向账号文件夹的指针。
1.2.3 文件模块
文件模块内容主要包括创建文件（文件夹或文件）、创建文件的索引结点、进入文件夹、读文件、写文件、删除文件、删除文件夹、回退到上一个文件、打印所有目录、打印当前文件夹目录等功能。
采用树形结构目录存储文件目录，并使用孩子兄弟链表法存储表示。
定义一个账号文件夹头指针admin_folder，所有的用户文件夹都存储在该文件夹下，其是一个实际不存在的文件夹。即admin_folder->child结点指向第一个用户文件夹root，root的brother指向其他用户文件夹。
定义一个当前文件夹指针now_folder，用来指向当前所在的文件夹。
树形文件目录中保存文件名、文件类型、和索引结点，索引结点中保存文件大小、文件在磁盘中的第一个盘块号等具体文件信息。
1.2.4 磁盘模块
磁盘模块主要保存初始化磁盘、初始化FAT表、在FAT中查找空闲盘块、打印位示图等功能。
FAT表中保存当前盘块号、下一个盘块号和位示图，物理盘中保存磁盘块号、块大小和存储内容。
用一个block[block_count]数组模拟磁盘，建立一个等大的fat[block_count]数组保存FAT。

二、系统结构

2.1 结构联系
系统大体分为三层，最顶层是用户层，包含对账号的操作等功能，只有登录了之后才能进行文件层的文件操作，每个用户账号都拥有一个用户文件夹。
文件层可以进行对文件的操作，比如创建和读写删等操作，但不允许删除根目录用户文件夹，树形文件目录中仅保存文件名和索引节点。
物理层中存储磁盘的使用情况和文件内容，使用FAT显示链接将文件链接起来，通过FAT表查找到文件在磁盘的块号，在磁盘块中读出文件的内容。

三、数据结构的说明

3.1 user_management
typedef struct mfd { // 主文件目录，存储用户文件夹
string username; //用户名
string password; //用户密码
struct mfd next; //指向下一个用户的指针
TSD link; //指向该用户的文件目录指针
}MFD;
3.2 file_management
typedef struct tsd { //树形文件目录
string name;
short type; //文件类型，文件夹或者文件
struct tsd father; //父节点指针
struct tsd child; //孩子节点
struct tsd* brother; //兄弟节点
INDEXES* indexes; //索引结点
}TSD;

typedef struct indexes{ //索引结点
short capabilities; //访问权
int size; //占用空间
int first_block; //文件物理地址（盘块号）
}INDEXES;

3.3 disk_management
typedef struct fat { //文件分配表
bool bitmap; //位示图
int id; //当前盘块号
int next_id; //下一个盘块号
}FAT;

typedef struct block { //磁盘
int id; //物理块号||盘块号
unsigned int s_BLOCK_SIZE;
string content; //存储内容
}BLOCK;

四、算法流程图

五、主要函数列表

六、测试与分析

1.初始界面

2. 文件夹的创建和进入文件夹

3.创建文件和对文件的读写和删除文件

返回上一层目录和删除文件夹
打印目录
打印位示图

七、用户使用说明

本系统内置一个管理员账号root，密码root，在初始界面登录或者进行账号管理。
登录系统后可以按照提示进行文件操作
create [file name] 创建文件
read [file name] 读文件
write [file name] 写文件
delete [file name] 删除文件
mkdir [dir name] 创建子文件夹
cd [dir name] 进入子文件夹
rd [dir name] 删除文件夹
dir 打印当前目录下文件
dir_all 打印所有文件
show 打印位示图
retreat 回退到上一级文件夹
logout 退出登录
help 提示

在账号管理时，可以按照提示输入对应的数字来选择操作

八、附录