这个学期学习操作系统，其实主要就是系统对于一些情况的应对算法，我们要做的就是写代码模拟这个情况，来了解操作系统是怎么解决的。

一、简介

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。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。
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（执行）
write 写文件

二、算法

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。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。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。
文件保护简单使用了三位保护码，对应于允许读，允许写和允许执行，如下所示：
如对应位为0，则不允许。

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。

三、结果

四、代码

#include<iostream>
#include<malloc.h>
#include<string.h>
using namespace std;
typedef struct ufd//用户文件目录
{
    char filename[20];
    bool fileprotect[3];//在c++中，bool类型按非零为true，是零为false规则执行
    bool openprotect[3];//仅在文件打开时有效
    int  read,write;//定义为读写指针
    int  filelength;
    struct ufd *next;
}UFD;
typedef struct mfd//主文件目录
{
    char userName[20];
	int maxfile;//每个用户最多拥有文件数
    UFD *ufd;
    struct mfd *next;
}MFD;
typedef struct afd//打开文件目录
{
    UFD *head,*tail;
    int maxopen;
    int currentopen;//当前打开文件数
} AFD;
MFD *head,*tail;//主文件目录指针

void initUser();//进行用户的初始化
void displayUser();//进行系统用户的输出
MFD* queryUser(char userName[]);//进行用户的查找，找到则返回用户映射指针
bool createFile(MFD *user, char filename[],bool fileprotect[3],int filelength);//进行文件的创建操作，成功则返回true，否则返回false
bool deleteFile(MFD *user,char filename[],AFD *afd);//进行文件删除操作
bool openFile(MFD *user,char filename[],AFD *afd,bool openprotect[]);//进行文件打开操作
bool readFile(AFD *afd,char filename[]);//进行读操作
bool writeFile(AFD *afd,char filename[]);//进行文件的写操作
bool closeFile(AFD *afd,char filename[]);//关闭文件
void displayUserFile(MFD *user);//进行用户文件的显示
void displayOpenFile(AFD *afd,MFD *user);//显示打开的文件

void setfile(char userName[],MFD *user)//对文件进行各种操作
{
    AFD *afd;//为用户初始化打开文件目录
    afd = (AFD*)malloc(sizeof(AFD));
    if(afd == NULL)
    {
        cout<<"内存不足，请重试！"<<endl;
        exit(0);
    }
    afd->head = afd->tail = NULL;
    afd->maxopen = 5;//最多同时打开5个文件
    afd->currentopen = 0;

    int command;
    char filename[20];
    bool fileprotect[3];
    bool openprotect[3];
    int filelength;
    while(true)
    {
        cout<<"*******************欢迎进入个人文件系统！*******************"<<endl;
        cout<<"**     1、创建文件\t3、打开文件\t5、执行文件       **"<<endl;
        cout<<"**     2、删除文件\t4、关闭文件\t6、写入文件       **"<<endl;
        cout<<"**     0、退出登陆                                        **"<<endl;
        cout<<"************************************************************"<<endl;
        cout<<userName<<"$ ";
        cin>>command;//输入命令进行操作
        switch(command)
        {
        case 1:
            cout<<"请输入文件名，保护码(示例:1 0 1)，文件长度：";
            cin>>filename>>fileprotect[0]>>fileprotect[1]>>fileprotect[2]>>filelength;
            createFile(user,filename,fileprotect,filelength);
            displayUserFile(user);
            break;
        case 2:
            cout<<"请输入要删除的文件名：";
            cin>>filename;
            deleteFile(user,filename,afd);
            displayUserFile(user);
            break;
        case 3:
            cout<<"请输入要打开的文件名，保护码(示例:1 0 1)：";
            cin>>filename>>openprotect[0]>>openprotect[1]>>openprotect[2];
            openFile(user,filename,afd,openprotect);
            displayOpenFile(afd,user);
            break;
        case 4:
            cout<<"请输入要关闭的文件名：";
            cin>>filename;
            closeFile(afd,filename);
            displayOpenFile(afd,user);
            break;
        case 5:
            cout<<"请输入要执行的文件名：";
            cin>>filename;
            readFile(afd,filename);
            displayOpenFile(afd,user);
            break;
        case 6:
            cout<<"请输入要写入的文件名：";
            cin>>filename;
            writeFile(afd,filename);
            displayOpenFile(afd,user);
            break;
        case 0:
            cout<<"您已退出登陆！"<<endl;
            return;
            break;
        default:
            cout<<"没有这项操作！"<<endl;
            break;
        }
    }
}
int main()
{
    initUser();
    char userName[20];
    while(true)
    {
        displayUser();
        cout<<"（退出程序输入0）请选择一位用户登陆：";
        cin>>userName;
        if(userName==0)break;
        MFD *user;
        user = queryUser(userName);
        if(user == NULL)cout<<"没有此用户，请重新输入！"<<endl;
        else
        {
            setfile(userName,user);//这个函数要想退出，必然是用户输入0要求退出
            //head=tail=NULL;
        }
    }
    return 0;
}

void initUser()
{
    cout<<"请输入十位用户的名字："<<endl;
    for(int i = 1; i <= 10; i++)//初始化十个不同用户
    {
        MFD *m;
        m = (MFD*)malloc(sizeof(MFD));
        if(m == NULL)
        {
            exit(0);
        }
        cin>>m->userName;
        m->ufd = NULL;
        m->next = NULL;
        m->maxfile = 0;//每位用户最多拥有10个文件.当前拥有0个文件
        if(head == NULL)
        {
            head = tail = m;
        }
        else
        {
            tail->next = m;
            tail = m;
        }
    }
}

void displayUser()
{
    MFD *m = NULL;
    m = head;
    cout<<"用户列表：";
    while(m)
    {
        cout<<m->userName<<"  ";
        m = m->next;
    }
    cout<<endl;
}

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

bool createFile(MFD *user,char filename[],bool fileprotect[3],int filelength)
{
    if(user->maxfile==10)
    {
        cout<<"文件数量已达到上限！"<<endl;
        return false;
    }
    UFD *ufd;
    ufd = (UFD*)malloc(sizeof(UFD));
    if(ufd == NULL)
    {
        return false;
    }
    strcpy(ufd->filename,filename);//进行文件的初始化
    ufd->fileprotect[0] = fileprotect[0];
    ufd->fileprotect[1] = fileprotect[1];
    ufd->fileprotect[2] = fileprotect[2];
    ufd->filelength = filelength;
    ufd->read = ufd->write = 0;
    ufd->next = NULL;

    if(user->ufd == NULL)
    {
        user->ufd = ufd;
    }
    else
    {
        UFD *op ,*preOp = NULL;
        op = user->ufd;
        while(op)//查找是否存在同名文件
        {
            if(strcmp(op->filename,ufd->filename) == 0)
            {
                cout<<"文件 "<<ufd->filename<<" 已存在！"<<endl;
                return false;
            }
            preOp = op;
            op = op->next;
        }
        preOp->next = ufd;
        user->maxfile++;//文件数加一
    }
    return true;
}

void displayUserFile(MFD *user)
{
    cout<<"用户 "<<user->userName<<" 的文件列表："<<endl;
    UFD *ufd = NULL;
    ufd = user->ufd;
    while(ufd)
    {
        cout<<ufd->filename<<" "<<ufd->fileprotect[0]<<" "<<ufd->fileprotect[1]<<" "<<ufd->fileprotect[2]<<" "<<ufd->filelength<<endl;
        ufd = ufd->next;
    }
}

bool deleteFile(MFD *user,char filename[],AFD *afd)
{
    UFD *ufd = NULL,*prefile = NULL,*temp;
    ufd = afd->head;
    while(ufd)//在打开文件中查找
    {
        if(strcmp(filename,ufd->filename) == 0)
        {
            cout<<"文件\""<<filename<<"\" 处于打开状态，请先关闭！\n";
            return false;
        }
        ufd = ufd->next;
    }
    ufd = user->ufd;
    while(ufd)//在文件中进行查找
    {
        if(strcmp(filename,ufd->filename) == 0)
        {
            if(ufd == user->ufd)
            {
                temp = ufd;
                user->ufd = ufd->next;
            }
            else
            {
                temp = ufd;
                prefile->next = ufd->next;
            }
            delete temp;
            cout<<"文件删除成功！"<<endl;
            return true;
        }
        prefile = ufd;
        ufd = ufd->next;
    }
    if(prefile->next == NULL)
    {
        cout<<"用户 "<<user->userName<<" 没有此文件：\""<<filename<<"\"！"<<endl;
    }
    return false;
}

bool openFile(MFD *user,char filename[],AFD *afd,bool openprotect[])
{
    UFD *ufd = NULL;
    ufd = user->ufd;
    while(ufd)
    {
        if(strcmp(ufd->filename,filename) == 0)
        {
            break;
        }
        ufd = ufd->next;
    }
    if(ufd)
    {
        UFD *xfile;
        xfile = (UFD*)malloc(sizeof(UFD));
        if(xfile == NULL)
        {
            return false;
        }
        *xfile = *ufd;//根据文件的权限进行打开权限的赋值
        if(xfile->fileprotect[0]==0 || openprotect[0]==0)//当文件权限读为0或者打开权限读为0都视为没有打开权限
        {
            cout<<"没有读取权限！"<<endl;
            return false;
        }
        else xfile->openprotect[0] = 1;//可读
        //此时不管写和执行的权限是什么都不影响打开，因为后面判断权限用的是打开权限，所以我们要赋值
        if(xfile->fileprotect[1] < openprotect[1])cout<<"没有写入权限！"<<endl;
        if(xfile->fileprotect[2] < openprotect[2])cout<<"没有执行权限！"<<endl;
        xfile->openprotect[1]=min(xfile->fileprotect[1],openprotect[1]);//选择权限小的写入
        xfile->openprotect[2]=min(xfile->fileprotect[2],openprotect[2]);//!这个文件的一级保护码和二级保护码合并保护操作

        xfile->next = NULL;
        if(afd->head == NULL)
        {
           afd->head = afd->tail = xfile;
           afd->currentopen += 1;
        }
        else if(afd->currentopen < afd->maxopen)
        {
           afd->tail->next = xfile;
           afd->tail = xfile;
           afd->currentopen += 1;
        }
        else
        {
           cout<<"文件打开数已达到上限！" <<endl;
           return false;
        }
    }
    else
    {
        cout<<"文件 "<<filename<<" 不存在！"<<endl;
        return false;
    }
    return true;
}

bool closeFile(AFD *afd,char filename[])
{
    UFD *ufd = NULL ,*preFile = NULL ,*temp = NULL;
    ufd = afd->head;//在打开文件链表中进行查找
    while(ufd)
    {
        if(strcmp(ufd->filename,filename) == 0)
        {
            if(ufd == afd->head)
            {
                if(ufd == afd->tail)
                {
                    temp = ufd;
                    afd->head = afd->tail = NULL;
                }
                else
                {
                    temp = ufd;
                    afd->head = ufd->next;
                }
            }
            else if(ufd == afd->tail)
            {
                temp = ufd;
                preFile->next = NULL;
                afd->tail = preFile;
            }
            else
            {
                temp =ufd;
                preFile->next = ufd->next;
            }
            delete temp;
            cout<<"文件已关闭！"<<endl;
            return true;
        }
        preFile = ufd;
        ufd = ufd->next;
    }
    cout<<"该文件不存在！"<<endl;
    return false;
}

bool readFile(AFD *afd,char filename[])
{
    UFD *ufd = NULL;
    ufd = afd->head;
    while(ufd)
    {
        if(strcmp(ufd->filename,filename) == 0)
        {
            if(ufd->openprotect[1])
            {
                ufd->read++;
                return true;
            }
            else
            {
                cout<<"没有执行权限！"<<endl;
                return false;
            }
        }
        ufd = ufd->next;
    }
    cout<<"没有此文件！"<<endl;
    return false;
}

bool writeFile(AFD *afd,char filename[])
{
    UFD *ufd = NULL;
    ufd = afd->head;
    while(ufd)
    {
        if(strcmp(ufd->filename,filename) == 0)
        {
            if(ufd->openprotect[2])
            {
                ufd->write++;
                return true;
            }
            else
            {
                cout<<"没有写入权限！"<<endl;
                return false;
            }
        }
        ufd = ufd->next;
    }
    cout<<"没有此文件！"<<endl;
    return false;
}

void displayOpenFile(AFD *afd,MFD *user)
{
    cout<<"用户 "<<user->userName<<" 的文件打开列表："<<endl;
    UFD *ufd;
    ufd = afd->head;
    while(ufd)
    {
        cout<<ufd->filename<<" "<<ufd->openprotect[0]<<" "<<ufd->openprotect[1]<<" "<<ufd->openprotect[2]<<" "<<ufd->filelength<<" ";
        cout<<" 执行次数："<<ufd->read<<"   写入次数："<<ufd->write<<endl;
        ufd = ufd->next;
    }
}