简单的文件系统模拟C/C++（操作系统）_设计一个n个用户的文件系统,每个用户最多可保存m个文件。(2) 限制用户在一次

一、目的与要求

1. 目的

文件系统是操作系统的一个重要组成部分，也是与用户关系极为密切的部分。学生应独立的用高级语言编写和调试一个简单的文件系统，模拟文件管理的工作过程，从而对各种文件操作命令的实质内容和执行过程有比较深入的了解，掌握它们的实施方法，加深对教材中有关内容的理解。‘

1. 要求
   (1) 设计一个n个用户的文件系统，每个用户最多可保存m个文件。

(2) 限制用户在一次运行中只能打开一个文件。

(3) 系统应能检查输入命令的正确性，出错时要能显示出错原因。

(4) 对文件必须设置保护措施，如只能执行，允许读，允许写等。在每
次打开文件时，根据本次打开的要求，再次设置保护级别，即可有二级保护。

(5) 对文件的操作至少应有下面几条命令：
create 建立文件
delete 删除文件
open 打开文件
close 关闭文件
read 读文件
write 写文件

二、内容

(1) 设计一个共有10个用户的文件系统，每个用户最多可保存10个文件，一次运行过程中用户可同时打开5个文件。

(2) 程序采用二级文件目录，即设置了主文件目录（MFD）和用户文件目录（UFD）。前者应包含文件主（即用户）及他们的目录区指针；后者应给出每个文件主占有的文件目录，即文件名、保护码、文件长度以及它们存放的位置等。另外为打开文件设置了运行文件目录（AFD），在文件打开时应填入打开文件号，本次打开保护码和读写指针等。

(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，只修改读写指针，并不进行实际文件的读写操作。

主要数据结构：

① 主文件目录（MFD）和用户文件目录（UFD）

② 打开文件目录（AFD）

三、实现代码

/*
 *模拟文件管理
 */
#include<iostream>
#include<malloc.h>
#include<string.h>
using namespace std ;

/*
 *定义文件数据结构
 */
typedef struct file
{
    char file_name[20] ;
    bool file_protect[3] ;
    bool open_file_protect[3] ; //仅在文件打开时有效
    int  read , write ; //定义为读写指针
    int  file_length ;
    struct file *next ;
} File ;

/*
 *用户与文件的映射
 */
typedef struct x_map
{
    char userName[20] ;
    File *file ;
    struct x_map *next ;
} Map ;

/*
 *定义主文件目录
 */
typedef struct mfd
{
    Map *head , *tail ;
} MFD ;

/*
 *打开文件目录
 */
typedef struct afd
{
  File *head , *tail ;
  int max_open ;
  int current_open ;
} AFD ;

/*
 *进行用户的初始化
 */
void initUser(MFD *mfd) ;

/*
 *进行系统用户的输出
 */
void displayUser(MFD *mfd) ;

/*
 *进行用户的查找，找到则返回用户映射指针
 */
Map * queryUser(char userName[] , MFD *mfd) ;

/*
 *进行文件的创建操作
 *成功则返回true ， 否则返回false
 */
bool createFile(Map *user , char file_name[] , bool file_protect[3] , int file_length) ;

/*
 *进行文件删除操作
 */
bool deleteFile(Map *user , char file_name[] , AFD *afd) ;

/*
 *进行文件打开操作
 */
bool openFile(Map *user , char file_name[] , AFD *afd , bool open_file_protect[]) ;

/*
 *进行读操作
 */
bool readFile(AFD *afd , char file_name[]) ;

/*
 *进行文件的写操作
 */
bool writeFile(AFD *afd , char file_name[]) ;

/*
 *关闭文件
 */
 bool closeFile(AFD *afd , char file_name[]) ;

/*
 *进行用户文件的显示
 */
void displayUserFile(Map *user) ;

/*
 *显示打开的文件
 */
void displayOpenFile(AFD *afd , Map *user) ;

/*
 *测试主函数
 */
int main()
{
    MFD *mfd ;
    mfd = (MFD*)malloc(sizeof(MFD)) ;
    if(mfd == NULL)
    {
        exit(0) ;
    }
    mfd->head = mfd->tail = NULL ;
    initUser(mfd) ;
    displayUser(mfd) ;

    char userName[20] ;
    while(true)
    {
        cout<<"Please choose user to login : " ;
        cin>>userName ;
        Map *user ;
        user = queryUser(userName , mfd) ;
        if(user == NULL)
        {
            cout<<"No such user ! "<<endl;
        }
        else
        {
          //为用户初始化打开文件目录
          AFD *afd ;
          afd = (AFD*)malloc(sizeof(AFD)) ;
          if(afd == NULL)
          {
              cout<<"The memory is not enough ! "<<endl ;
              exit(0) ;
          }
          afd->head = afd->tail = NULL ;
          afd->max_open = 5 ;
          afd->current_open = 0 ;

          char command[20] ;
          char file_name[20] ;
          bool file_protect[3] ;
          bool open_file_protect[3] ;
          int file_length ;
          while(true)
          {
              cout<<userName<<">>" ;
              cin>>command ;
              //输入命令进行操作
              if(strcmp(command , "create") == 0)
              {
                  cout<<"Please file (file_name file_protect file_length) : " ;
                  cin>>file_name>>file_protect[0]>>file_protect[1]>>file_protect[2]>>file_length ;
                  createFile(user , file_name , file_protect , file_length) ;
                  displayUserFile(user) ;
              }
              else if(strcmp(command , "delete") == 0)
              {
                  cout<<"Please input the file's name you want to delete : " ;
                  cin>>file_name ;
                  deleteFile(user , file_name , afd) ;
                  displayUserFile(user) ;
              }
              else if(strcmp(command , "open") == 0)
              {
                  cout<<"Please input the file name you want to open : " ;
                  cin>>file_name>>open_file_protect[0]>>open_file_protect[1]>>open_file_protect[2] ;
                  openFile(user , file_name , afd , open_file_protect) ;
                  displayOpenFile(afd , user) ;
              }
              else if(strcmp(command , "close") == 0)
              {
                  cout<<"Please input the file you want to close : " ;
                  cin>>file_name ;
                  closeFile(afd , file_name) ;
                  displayOpenFile(afd , user) ;
              }
              else if(strcmp(command , "read") == 0)
              {
                  cout<<"Please input the file you want to read : " ;
                  cin>>file_name ;
                  readFile(afd , file_name) ;
                  displayOpenFile(afd , user) ;
              }
              else if(strcmp(command , "write") == 0)
              {
                  cout<<"Please input the file you want to write : " ;
                  cin>>file_name ;
                  writeFile(afd , file_name) ;
                  displayOpenFile(afd , user) ;
              }
              else if(strcmp(command , "exit") == 0)
              {
                  break ;
              }
              else
              {
                  cout<<"No such command \""<< command <<"\""<<endl ;
              }
          }
        }
    }
    return 0 ;
}

void initUser(MFD *mfd)
{
    //初始化十个不同用户
    for(int i = 1 ; i <= 10 ; i++)
    {
        Map *m ;
        m = (Map*)malloc(sizeof(Map)) ;
        if(m == NULL)
        {
            exit(0) ;
        }
        cout<<"Please input init user name : " ;
        cin>>m->userName ;
        m->file = NULL ;
        m->next = NULL ;
        if(mfd->head == NULL)
        {
            mfd->head = mfd->tail = m ;
        }
        else
        {
            mfd->tail->next = m ;
            mfd->tail = m ;
        }
    }
}

void displayUser(MFD *mfd)
{
    Map *m = NULL ;
    m = mfd->head;
    cout<<"user : " ;
    while(m)
    {
        cout<<m->userName<<" " ;
        m = m->next ;
    }
    cout<<endl ;
}

Map * queryUser(char userName[] , MFD *mfd)
{
    Map *m = NULL ;
    m = mfd->head ;
    while(m)
    {
        if(strcmp(userName , m->userName) == 0)
        {
            return m ;
        }
        m = m->next ;
    }
    return NULL ;
}

bool createFile(Map *user , char file_name[] , bool file_protect[3] , int file_length)
{
    File *file ;
    file = (File*)malloc(sizeof(File)) ;
    if(file == NULL)
    {
        return false ;
    }

    //进行文件的初始化
    strcpy(file->file_name , file_name) ;
    file->file_protect[0] = file_protect[0] ;
    file->file_protect[1] = file_protect[1] ;
    file->file_protect[2] = file_protect[2] ;
    file->file_length = file_length ;
    file->read = file->write = 0 ;
    file->next = NULL ;

    if(user->file == NULL)
    {
        user->file = file ;
    }
    else
    {
       File *op  , *preOp = NULL ;
       op = user->file ;
       //查找是否存在同名文件
       while(op)
       {
           if(strcmp(op->file_name , file->file_name) == 0)
           {
               cout<<"The file name "<<file->file_name<<" is already exit ! "<<endl ;
               return false ;
           }
        preOp = op ;
        op = op->next ;
       }
       preOp->next = file ;
    }
}

void displayUserFile(Map *user)
{
    cout<<"The fileList of "<<user->userName<<endl ;
    File *file = NULL ;
    file = user->file ;
    while(file)
    {
        cout<<file->file_name<<" "<<file->file_protect[0]<<" "<<file->file_protect[1]<<" "<<file->file_protect[2]<<" "<<file->file_length<<endl ;
        file = file->next ;
    }
}

bool deleteFile(Map *user , char file_name[] , AFD *afd)
{
  File *file = NULL , *prefile = NULL , *temp ;
  file = afd->head ;
  //在打开文件中查找
  while(file)
  {
      if(strcmp(file_name , file->file_name) == 0)
      {
          cout<<"\""<<file_name<<"\" is open , please close it before ! \n" ;
          return false ;
      }
      file = file->next ;
  }
  file = user->file ;
  //在文件中进行查找
  while(file)
  {
    if(strcmp(file_name , file->file_name) == 0)
    {
       if(file == user->file)
       {
           temp = file ;
           user->file = file->next ;
       }
       else
       {
           temp = file ;
           prefile->next = file->next ;
       }
       delete temp ;
       return true ;
    }
    prefile = file ;
    file = file->next ;
  }
  if(prefile->next == NULL)
  {
      cout<<"user "<<user->userName<<" has not the file \""<<file_name<<"\""<<endl;
  }
  return false ;
}

bool openFile(Map *user , char file_name[] , AFD *afd , bool open_file_protect[])
{
   File *file = NULL ;
   file = user->file ;
   while(file)
   {
       if(strcmp(file->file_name , file_name) == 0)
       {
           break ;
       }
       file = file->next ;
   }
   if(file)
   {
       File *xfile ;
       xfile = (File*)malloc(sizeof(File)) ;
       if(xfile == NULL)
       {
           return false ;
       }
       *xfile = *file ;
       //根据文件的权限进行打开权限的赋值
       if(xfile->file_protect[0] >= open_file_protect[0])
       {
           xfile->open_file_protect[0] = open_file_protect[0] ;
       }
       else
       {
            cout<<"no read priority ! "<<endl;
            return false ;
       }
       if(xfile->file_protect[1] >= open_file_protect[1])
       {
           xfile->open_file_protect[1] = open_file_protect[1] ;
       }
       else
       {
            cout<<"no write priority ! "<<endl;
            return false ;
       }
        if(xfile->file_protect[2] >= open_file_protect[2])
       {
           xfile->open_file_protect[2] = open_file_protect[2] ;
       }
       else
       {
            cout<<"no excute priority ! "<<endl;
            return false ;
       }
       xfile->next = NULL ;
       if(afd->head == NULL)
       {
           afd->head = afd->tail = xfile ;
           afd->current_open += 1 ;
       }
       else if(afd->current_open < afd->max_open)
       {
           afd->tail->next = xfile ;
           afd->tail = xfile ;
           afd->current_open += 1 ;
       }
       else
       {
           cout<<"The open file is too many ! " <<endl ;
           return false ;
       }
   }
   else
   {
       cout<<"the "<<file_name<<" is not exit !"<<endl ;
       return false ;
   }
}

bool closeFile(AFD *afd , char file_name[])
{
    File *file = NULL  , *preFile = NULL  , *temp = NULL ;
    //在打开文件链表中进行查找
    file = afd->head ;
    while(file)
    {
        if(strcmp(file->file_name , file_name) == 0)
        {
            if(file == afd->head)
            {
                if(file == afd->tail)
                {
                    temp = file ;
                    afd->head = afd->tail = NULL ;
                }
                else
                {
                    temp = file ;
                    afd->head = file->next ;
                }
            }
            else if(file == afd->tail)
            {
                temp = file ;
                preFile->next = NULL ;
                afd->tail = preFile ;
            }
            else
            {
                temp =file ;
                preFile->next = file->next ;
            }
            delete temp ;
            return true ;
        }
        preFile = file ;
        file = file->next ;
    }
    cout<<"The file is not exit ! "<<endl ;
    return false ;
}

bool readFile(AFD *afd , char file_name[])
{
    File *file = NULL ;
    file = afd->head ;
    while(file)
    {
        if(strcmp(file->file_name , file_name) == 0)
        {
            if(file->open_file_protect[0])
            {
                file->read++ ;
                return true ;
            }
            else
            {
                cout<<"no read priority ! \n"<<endl ;
                return false ;
            }
        }
        file = file->next ;
    }
  cout<<"no such file ! "<<endl ;
  return false ;
}

bool writeFile(AFD *afd , char file_name[])
{
     File *file = NULL ;
    file = afd->head ;
    while(file)
    {
        if(strcmp(file->file_name , file_name) == 0)
        {
            if(file->open_file_protect[1])
            {
                file->write++ ;
                return true ;
            }
            else
            {
                cout<<"no write priority ! \n"<<endl ;
                return false ;
            }
        }
        file = file->next ;
    }
  cout<<"no such file ! "<<endl ;
  return false ;
}

void displayOpenFile(AFD *afd , Map *user)
{
    cout<<"The open file of "<<user->userName<<" : "<<endl ;
    File *file ;
    file = afd->head ;
    while(file)
    {
        cout<<file->file_name<<" "<<file->file_protect[0]<<" "<<file->file_protect[1]<<" "<<file->file_protect[2]<<" "<<file->file_length<<" " ;
        cout<<"readcout : "<<file->read<<" writecout : "<<file->write<<endl ;
        file = file->next ;
    }
}
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四、测试结果