(完整word版)操作系統(tǒng)磁盤管理

1、11需求分析（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù).條件、設(shè)計(jì)要求等）設(shè)計(jì)內(nèi)容：1）采用空白文件目錄結(jié)構(gòu)管理磁盤空間，實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收；2）采用空白塊成組鏈接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收：3）采用位示圖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收?；疽螅?）具有創(chuàng)建文件、空間分配、刪除文件、釋放空間等基本功能；2）把文件目錄、磁盤空間管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變化情況顯示出來(lái)。（2）需求分析內(nèi)容1）空白文件目錄是管理磁盤空間的一種方法， 該方法將文件存儲(chǔ)設(shè)備上的每個(gè)連續(xù)空閑 區(qū)看作一個(gè)空白文件，系統(tǒng)為所有空白文件單獨(dú)建立一個(gè)目錄，每個(gè)空白文件在這個(gè)目錄中占 一個(gè)表目.表目的內(nèi)容至少包括第一個(gè)空白塊的地址

2、（物理塊號(hào)），空白塊的數(shù)目。2）位示圖是另一種常用的管理磁盤空間的方法，該方法通過(guò)建立-張位示圖來(lái)農(nóng)示為1時(shí)表示該塊己分配，當(dāng)某位為0時(shí)表示該塊空閑。3）位示圖是利用二進(jìn)制的一位來(lái)表示磁盤中的一個(gè)盤塊的使用情況。當(dāng)其值為“0”時(shí), 表示對(duì)應(yīng)的盤塊空閑；為“1”時(shí)，表示己經(jīng)分配。有的系統(tǒng)把“0”作為盤塊己分配的標(biāo)記, 把“1”作為空閑標(biāo)志（它們的本質(zhì)上是相同的，都是用一位的兩種狀態(tài)標(biāo)志空閑和已分配兩 種情況）磁盤上的所有盤塊都有個(gè)二進(jìn)制位與之對(duì)應(yīng)，這樣，由所冇盤塊所對(duì)應(yīng)的位構(gòu)成- 個(gè)集合，稱為位示圖。1.1小組分工溫庭棟任務(wù)為：采用空白文件目錄結(jié)構(gòu)管理磁盤空間；魏子育任務(wù)為：采用空白塊成組鏈接結(jié)

3、構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收；衛(wèi)虹任務(wù)為：采用位示圖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收；2.總體設(shè)計(jì)（1）磯盤存儲(chǔ)空間管理是文件系統(tǒng)的重要內(nèi)容采用空白文件目錄結(jié)構(gòu)管理磁盤空間，實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收空白文件目錄法進(jìn)行 空何分配時(shí)，需要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄冃前空白區(qū)域和己使用區(qū)域，假設(shè)開(kāi)始時(shí)全部 區(qū)域空閑。當(dāng)有文件需要存儲(chǔ)時(shí)，先檢查空白文件目錄，找到適合區(qū)域立即分配，并修改空2白文件目錄表和己使用區(qū)域分配表。為此需建立兩張表格.分別記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。插入文件程序流圖如圖2-1；3刪除文件流程圖如圖2-2（2）采用空白塊成組鏈接結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收對(duì)于要求將磁盤存儲(chǔ)空間的空閑塊成組鏈接，我們可以

4、設(shè)計(jì)幾個(gè)相應(yīng)的一維數(shù)組，分別 表示磁盤的各個(gè)磁盤，數(shù)組中的元素表示每個(gè)磁盤的分塊，分配時(shí)，通過(guò)查空閑表MA,從中 找出空閑塊號(hào)，當(dāng)一組的空閑塊只剩第一塊時(shí)，應(yīng)把該塊中指出的下一組的空閑塊數(shù)和塊號(hào) 復(fù)制到專用塊這，然后把該塊分配給申請(qǐng)者，當(dāng)一組的空閑塊分配完后則把專用塊內(nèi)容（卜. 一組鏈接情況）復(fù)制到內(nèi)存，再為中請(qǐng)者分配。 回收時(shí)，輸入待回收的塊號(hào)，查找該塊是 否己被分配，若未分配，退出，否則，當(dāng)前組不滿規(guī)定塊數(shù)時(shí)，將歸還塊登記入該組，若當(dāng) 前組已滿，則另建-新組，這時(shí)歸還塊作為新一組的第-塊，應(yīng)把內(nèi)存中登記的一組鏈接情 況MA復(fù)制到歸還塊中，然后在MA這重新登記一個(gè)新組。1）假定俺盤存儲(chǔ)空間已

5、被劃分成長(zhǎng)度為n的等長(zhǎng)塊，共有M塊M供使用。UNIX系統(tǒng) 采用空閑塊成組鏈接的方法來(lái)管理磁盤存儲(chǔ)空間，將磁盤中的每N個(gè)空閑塊（NM）分成- 組，最后一組可以刪除該文件，調(diào)整空白塊的大小，首位號(hào)輸入文件務(wù)圖2 4不足N塊，每組的第一塊中登記了下一組空閑塊的塊數(shù)和塊號(hào)，第一組的塊數(shù)和塊號(hào)登記在專用塊中，登記的格式如下:表2-30空閑塊數(shù)k1空閑塊號(hào)12空閑塊號(hào)2K11MMK空閑塊號(hào)kMM當(dāng)?shù)谝豁?xiàng)內(nèi)容為“0”時(shí)，則第二項(xiàng)起指出的空閑塊是瑕后一組。2）開(kāi)始時(shí)，空閑塊號(hào)是煩序排列的，但經(jīng)若干次的分配和歸還操作后，空閑塊的鏈接就 未必按序排列了。用二維數(shù)組A： array 0M-1 of array 0*

6、-nl來(lái)模擬管理磁盤空間， 用Ai表示第I塊，第0塊A0作為專用塊。3）成組鏈接的分組情況記錄在磁盤物理塊中，為了査找鏈接情況，必須把它們讀入主存, 故當(dāng)磁盤初始化后， 系統(tǒng)先將專用塊內(nèi)容復(fù)制到主存中。 定義一個(gè)數(shù)組MA存放專用塊內(nèi)容, 即MA =A0o申請(qǐng)一塊磁盤空間時(shí)，查MA,從中找出空閑塊兮，當(dāng)一組的空閑塊只剩第一塊 時(shí)，則應(yīng)把該塊中指出的卜一組的空閑塊數(shù)和塊號(hào)復(fù)制到專用塊中，然后把該塊分配給申請(qǐng) 若。當(dāng)一組的空閑塊分配完后則把專用塊內(nèi)容（下一組鏈接情況）復(fù)制到主存，再為申請(qǐng)者 分配。4）歸還一塊時(shí)給出歸還的塊號(hào)，若當(dāng)前組不滿規(guī)定塊數(shù)時(shí)，將歸還塊登記入該組：若當(dāng) 前組已滿，則另建-新組，

7、這時(shí)歸還塊作為新-組的第一塊，應(yīng)把主存中登記的一組鏈接情 況MA復(fù)制到歸還塊中，然后在MA旋新登記一個(gè)新組。（3）采用位示圖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收磁盤存儲(chǔ)空間的分配有兩種方式，一種足分配連續(xù)的存儲(chǔ)空間，另一種是可以分配不連續(xù) 的存儲(chǔ)空間。為了表示哪些磁盤空間已被占用，哪些磁盤空間是空閑的，可用位示圖來(lái)指出。 位示圖由若干字節(jié)構(gòu)成，每-位9磁盤上的一塊對(duì)應(yīng)，“1”狀態(tài)表示相應(yīng)塊已占用，“0”狀態(tài)表示該塊為空閑。5算法流程圖如下：分配流程圖如卜圖2-4：圖2-16(2)釋放流程圖如圖:2-4輸入文件爼刪除該文件調(diào)整空口塊的大小，首位號(hào)73.詳細(xì)設(shè)計(jì)1采用空白文件目錄結(jié)構(gòu)管理磁盤空間，實(shí)現(xiàn)磁盤

8、空間的分配和回收文件存儲(chǔ)空間管理是文件系統(tǒng)的重要內(nèi)容。常用的管理思想有空白文件目錄法、空白塊 鏈法和位示圖法。本實(shí)驗(yàn)采用前兩種方法進(jìn)行空間分配?？瞻孜募夸浄ㄟM(jìn)行空間分配時(shí)， 需要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄目前空白區(qū)域和已使用區(qū)域，假設(shè)開(kāi)始時(shí)全部區(qū)域空閑。當(dāng) 有文件需要存儲(chǔ)時(shí)，先檢查空白文件目錄，找到適合區(qū)域立即分配，并修改空白文件目錄表 和己使用區(qū)域分配表。為此需建立兩張表格，分別記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。表3T：空白文件目錄表（初始）序號(hào)首空白塊號(hào)空白塊個(gè)數(shù)物理塊號(hào)標(biāo)志085& 9,10,11,12未分配115415, 16, 17, 18未分配220720,21,22, 23, 24, 25,

9、26,27未分配330830, 31, 32, 33, 34, 35,36,37, 38未分配4601360, 61, 62, 63, 64, 65, 66,6, 68, 69, 70, 71, 72, 73未分配表3-2；空白文件目錄（中間）文件名首空白塊號(hào)空白快個(gè)數(shù)物理塊號(hào)備注核心代碼int alloc（int applyarea）/為文件分配存儲(chǔ)塊的函數(shù)，磁盤空間的分配int i, tag=0, j=0, flag=l;for( i=0 ; i applyarea & flag=l &freeblockZi name wtd二二NULL)8freeblockti. sta

10、rtaddress = freeblock.i- startaddress + applyarea;freeblockti. size=freeblocki sizeapplyarea;tag二1;/*佝滿足條件的空閑區(qū)時(shí)，tag置1*/flag=0;freeblockij. namewtd=fname;printf ($ %c. n, freeblocki name);return freeblockEi. startaddressapplyarea;elseif (freeblockEi. state=l & freeblockEi. size=applyarea & fl

11、ag=l & freeblockli namewtd=NULL) freeblockEi. startaddress = freeblockEi. startaddress + applyarea;freeblockTi, size=freeblocki sizeapplyarea:freeblockEi state二0;flag=0;tag二1;/*有滿足條件的空閑區(qū)時(shí)，tag置1*freeblocki name wtdj=fnameif (tag二二0)return一1;void set free ()/實(shí)現(xiàn)磁盤空間的回收int i, j, k;char s;printf(*輸入要

12、刪除的文件名：/)；getchar0;scanf&s);for(j=0;j100 ;j+)if(FMenuLj. Fname=s)9 break; for(i=0;iN;i+)for(k=0;k100;k+)printf($ %c %d n, freeblockti. name, i);if(freeblocki. namek=s) freeblocki. state=l;freeblocki. startaddress=freeblockLi.startaddress -(int)ceil(FMenuj. size*l. 0/100);freeblocki. size=freeblo

13、cki. size + (:int)ceil(FMenuj. size*l. 0/100);void print ()/打印輸出衷int i;printf (*nO ;printf (I序號(hào).第一個(gè)空白塊. 連續(xù)空閑塊個(gè)數(shù).狀態(tài).I)； printf(n);printf(”I.I)； printf(*n*);for(i=0;i0)13int mark9 ;/*存放己分配的塊*/int No=0;/*已分配的塊數(shù)*/void displayl 0打E卩顯示結(jié)構(gòu) int i, j, temp, count;No=0;if(MAl!=0)i=MA01;printf(n組1:t);for(j=l;j=

14、i;j+) printf (*%d,MAj);mark+NoZ=MAt j;)temp二MA1;count=2;while(AtempZ1!=0)printf (n組d： t , coun:);i二Atemp0;for(j=l;j=i;j+) printf (*%d, Atemp j);mark+No=Atempj;count+;temp=Atempi1;printf (n組d: t, count);i=Atemp0;for(j=2;j=i+l;j+) int s, i ;14 printf (%d, Atemp j);markI+No=AtempZj；elsei=MA01;if(i=l)pr

15、intf(n所有的快都已被分配！ ”);else printf(*n組1:);for(j=2;j=i;j+) printf (*%dmark +No =MA 1 j ;void display0/*顯示分組情況*/ int i, j;if(MA0!=0)displayl0;else i=MAl;for(j=0;j=3;j+)MAj二Aij;displayl0;void assign0分配空閑塊*/ int s, i ;1516/*若該組不止一個(gè)空閑塊*/ i=MAO;s二MAi;MAO ;printf (*n被分配的塊號(hào):n%dn, s);else if(MAO=l)/*只剩一個(gè)空閑塊*/ i

16、f(MAl !=0)/*還有其它空閑塊組*/ s=MAll;for(i=0;i=3;i+)A0i二Asi;MA01 ;printf (*n被分配的塊號(hào):n%dn, s);)else/*沒(méi)有其它空閑塊組*/printf(*n沒(méi)有空閑空間！”)；return;else/*當(dāng)前組已分配完*/for(i=0;i=3;i+)MAi=A0i;assignO ;displayO;/*顯示分組情況*/void callback0/*回收空閑塊*/ int i, j, temp;17printf (n請(qǐng)輸入你想回收的塊號(hào)：n);18for (temp=l; temp二No; temp卄)if(marktemp二

17、二j)break;if(tempNo+l)/*若該空閑塊已在，退出5*7 printfCn該塊還未被分配! ”)；return;)if(MA03)/*當(dāng)前組不滿3塊權(quán)i=MA01;MAi+l=j：MA0+;)else/*己有3塊*/for(i=0;i=3;i卄)Aji二MAi;MAO=1;MA1二j;displayO ;/*顯示*/scanf&j);getchar0;/*得到待回收的空閑塊號(hào)*/guest-muvK2Mubuntu: -/Desktop guest muvK20jbuntu: $ pwd/tRp/guest-RuvKZMguest-muvK2Mubuntu:*$ cd

18、Desktopguest*muvK2Hubuntu:-/Desktops gcc 321 i321.c: in function dtsplayl:321 v:13:12: warning: forRat *%dfexpects a matching *int* arguRent prlntf(MnfflXd:f);guest-nuvK2iubuntu:*/0esktop$ gcc 321.c guest muvK?Mubuntu:-/Desktops /a out初始輕接團(tuán)為：組123t&2：456組3：78請(qǐng)進(jìn)行相應(yīng)操件：（顯入分配空間UiA c-回收空間）:圖3 8：初始化視圖g

19、uest-nuvK2Mubuntu:-/Desktops ./a.out初始鏈接圖為：組123組2：456組3：78請(qǐng)進(jìn)行相應(yīng)操作：（鎮(zhèn)入 V,分配空間，鍵入 p,回收空間: 被分配的塊號(hào)：3組1：12組2：456組3：78遷否纟隹續(xù)操作？（鍵入V繼續(xù)，鍵入退岀）:圖3 9：分配塊磁道號(hào)=V 20被分配的塊號(hào):3是否繼續(xù)操作？（鍵入繼續(xù)崔入退岀）:y請(qǐng)進(jìn)行相應(yīng)操作：（Afa*分配空間後入回收空間）: a被分配的塊號(hào)：2組 1:1組 2：456組 3：78是否維續(xù)操作？（準(zhǔn)入維續(xù).健入 5,退出）:是否繼續(xù)拆作?（A y 續(xù)後入“退岀）:頁(yè)進(jìn)行相應(yīng)猱作：（掇入分配空間，13 入回收空間）:請(qǐng)輸入

20、你想回收的塊號(hào):是否堆續(xù)按作？（當(dāng)入維續(xù).證入 F 退出）:圖3-12：何收塊3.采用位示圖結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁盤空間的分配和回收（1）為了提高磁盤存儲(chǔ)空間的利用率，町在磁盤上組織成鏈接文件、索引文件，這類文件 可以把邏輯記錄存放在不連續(xù)的存儲(chǔ)空間。為了表示哪些磁盤空間己被占用，哪些磁盤空間 是空閑的，可用位示圖來(lái)指出。位示圖由若干字節(jié)構(gòu)成，每一位與磁盤上的一塊對(duì)應(yīng)，“1”狀態(tài)表示相應(yīng)塊已占用，“0”狀態(tài)表示該塊為空閑。但要注意，對(duì)于主存儲(chǔ)空間和磁盤存儲(chǔ) 空間應(yīng)該用不同的位示圖來(lái)管理，絕不可混用。（2）申請(qǐng)一塊磁盤空間時(shí)，由分配程序査位示圖，找出一個(gè)為“0”的位，計(jì)算出這一位對(duì) 應(yīng)塊的磁盤物理地址，且把

21、該位豐成占用狀態(tài)“1”。假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)盤組共8個(gè)柱面，毎個(gè) 柱面有兩個(gè)磁道，每個(gè)磁道分成4個(gè)物理記錄。那么，當(dāng)在位示圖中找到某一字節(jié)的某一位 為“0”時(shí)，這個(gè)空閑塊對(duì)應(yīng)的磁盤物理地址為：1414 7 71212 3 3UIJ LLLJ纟纟1212 3 3rirjrirj riTjriTj21柱而號(hào)-字節(jié)號(hào)物理記錄號(hào)二 位數(shù)mod4(3)歸還一塊磁盤空間時(shí)，由回收程序根據(jù)歸還的磁盤物理地址計(jì)算出歸還塊在位示圖中的 對(duì)應(yīng)位，把該位疊成“0”。按照(2)中假設(shè)的盤組，歸還塊在位示圖中的位置計(jì)算如下：字節(jié)號(hào)二柱面號(hào)位數(shù)二磁道號(hào)x4+物理記錄號(hào)(4)設(shè)計(jì)申請(qǐng)一塊磁盤空間和歸還一塊磁盤空間的程序。要求能顯

22、示或打印程序運(yùn)行前運(yùn)行 后的位示圖：分配時(shí)把分配到的磁盤空間的物理地址顯示或打印出來(lái)，歸還時(shí)把歸還塊對(duì)應(yīng) 于位示圖的字節(jié)號(hào)和位數(shù)顯示或打印出來(lái)。源代碼void showbitmap (void) /showbitmap函數(shù)，功能打印位示圖信息printfC當(dāng)前系統(tǒng)磁盤位示圖(0表示塊可用)：n) ;/用來(lái)和位示圖bitmap相與得到某位的狀態(tài)printf (*第一磁道第二磁道n*);printf (0扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)0扇區(qū)1扇區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū))；for( int i = 0 ;ibitmapi);printf(n);system(pause);void diskallocate (void

23、) diskallocate函數(shù)，分配物理塊給22由用戶輸入需要的物理塊數(shù):int neednum;int i ;int busy = 0;char filestor32 ;/用戶名printf(*輸入需要分配的塊數(shù):n);scanf&neednum);printf (*輸入文件名:n);scanffilestor);for( i二0;iC0UNT;i+)/統(tǒng)計(jì)已占用的物理塊busy =busy + bitinfo-bitmapi;if( 64busyneednum )printf(zz沒(méi)冇足夠的空閑磁盤，分配失??！)；elseprintf(開(kāi)始分配.n);for (i=o : ibi

24、tmapi)/ printf (-分配塊物理地址為：第%d個(gè)柱面，t第%d個(gè)磁道，t第%d個(gè) 扇區(qū)n, i/8+1, i%8/4, (i%8)%4);bitinfobitmapi = 1;strcpy(bitinfofilenameli , filestor);neednum;if( 0二二neednum)23break;printf(*分配成功！n);showbitmap();system(pause);void diskreturn (void) /回收物理塊char filereturn.32;int i;printf (”輸入要回收的文件4T);scanffilereturn);for

25、( i二O;ibitmapi二0;showbitmap 0;system(pause*);24G王頁(yè)l Ubuntu巾c F guest-muvK2Mubuntu: /Desktopguest-nuvK2Mubuntu:*$ n組i:wd n組l:wd: command not found guest-nuvK2Mubuntu:-$ pwd /trp/guest-nuvK2Mguest nuvK?Mubuntu:-$ cd Desktop guest-nuvK2Mubuntu:-/Desktops gcc 3.c guest HuvK2Mubuntu:/Desktops / out1：S2:分

26、配3:回收心退aiWff所雯執(zhí)行的功圖3-13：初的化圖3-lh位示圖25Terminalc guest.muvK2M）ubuntu: -/Desktop所立執(zhí)行的功能2詢?nèi)胄枰峙涞膲K數(shù)：18輸入文件名:1:査看2：分配3：回收4:退岀稈序W 3-16：物理塊回收wenitan幵垢分配 分Si成功!mu0扃區(qū)煽區(qū)2扇區(qū)3扇區(qū)6拄面11111拄面1111M.11003柱直060ft4柱面00005住面006柱面0e097拄面009第二曲道1扇區(qū)2屈區(qū)3扇區(qū)111111 960060060eoeo9601:査含2:分配3:回收4:退岀程序圖3-15：物理塊分配:1: cis: not found】：査看2:分配3：回收4：退岀秤序第-盅逍0扇區(qū)1區(qū)2JR區(qū)3扇區(qū)B柱面e00e1柱面60