DOS的文件分配表策略的模拟实现

1.1 题目：

DOS 的文件分配表策略的模拟实现

1.2 问题的描述：

（ 1 ）磁盘总空间 300 个簇，开始时全为空闲状态；

（ 2 ）以文件为单位申请和释放簇（意味着创建，删除和修改），文件大小随机生成，最少 100 个文件申请；

（ 3 ）设置一个文件目录项表，记录文件名，起始簇号和簇数；

（ 4 ）万一磁盘空间不够，就报告，并把新的文件请求保存，直到有文件被释放；

（ 5 ）所有请求完后，列出已保存如磁盘的文件信息；

2.1 问题分析：

（1 ）这个课程设计是一个DOS 的文件分配策略表的模拟实现，在磁盘里，是以簇为最小的逻辑存储空间，所以可以用一个300 个空间的数组FAT[30][10] 来表示这个磁盘的空间。

（2 ）由于要记录文件的相关信息，所以用到一个文件的类，用该类的属性来记录相关的文件名， 起始簇号和簇数，为了删除和添加目录项表方便，使用 ArrayList<Object o> 来将这些文件类的实例保存起来。

2.2 解决思路：

（ 1 ）为了可以利用起始簇号和簇数这两个信息找到所有保存这个文件的簇的标号，起始簇号保存在相应的文件结构体里，然后通过这个簇号找到第一个簇，在第一个簇里保存第二个簇的簇号，以此类推，最后一个簇保存 0 这个值表示这是最后一个，但是定义的数组是一个二维的数组，所以在这里要做一个映射工作，把二位的数组映射成为一个一维的离散数值，于是我就将 FAT[i][j] 用：簇号 =i * 10 + j + 1 ，最后的加 1 ，是为了让数组的第一个就是 FAT[0][0] 映射成 1 ，这样最后上面所说的保存一个文件的最后的一个簇保存的值为 0 了；

（ 2 ）为了可以做到申请空间失败的文件不要太多，我设置了一个最大允许的申请空间失败文件数目，当达到这个值的时候，系统会随机删除一些分配空间成功的文件，释放出空间，然后让申请空间失败列表里面的文件重新申请，这样可以减少文件在分配失败列表里的等待时间，但同时会引进一个问题，就是在某一个时段会有表较多的文件释放，这样做不知道是否合符实验册的“一开始申请居多，到后来释放居多”的要求。

（ 3 ）由于使用 Java 做这个实验，所以我准备开发一个小型界面用于输出分配的结果，而不是使用控制台，所以使用一个 JFrame 作为最外层容器，然后在里面用布局管理布局，通过一个按钮产生一个事件，由监听器调用方法处理，最后用一个不可编辑的 JTextArea 来显示结果。

（ 4 ）在这一个程序中，多次会需要用到随机数，但是电脑产生的随机数都是伪随机数，有一定的规律，所以我在一些必要的地方用了一些加权计算的方法，对随机数进行改造，尽量做到短时间内不会产生太多相同的随机数。

 

（ 5 ）由于 JTextArea 需要一个字符串来到添加输出内容，所以我用了一个全局变量来保存这个字符串，之后的字符串全部添加到已有字符串的尾部。

 

以下是一个简单的实现，仅供参考，由于编码时间仓促，代码的结构耦合度太高~

 

package myOSPackage; import java.awt.BorderLayout; import java.awt.Dimension; import java.awt.Font; import java.awt.Toolkit; import java.awt.event.ActionEvent; import java.awt.event.ActionListener; import java.util.ArrayList; import javax.swing.*; public class OutputFrame extends JFrame implements ActionListener { private int[][] FAT = new int[30][10]; private int fName = 1; private int maxNoSavedLength = 5; private ArrayList savedList = null; private ArrayList notSaveeList = null; private JButton jbt = new JButton("开始分配"); private JPanel outputPanel = new JPanel(); private JTextArea jta = new JTextArea(30, 50); private String outputString = new String("/n程序演示开始：/n");; /** * 构造函数 */ public OutputFrame() { setLayout(new BorderLayout()); JScrollPane jScrollPane = new JScrollPane(jta); jta.setText(outputString); jta.setEditable(false); outputPanel.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("显示结果区：")); outputPanel.add(jScrollPane); add(outputPanel, BorderLayout.CENTER); JPanel p2 = new JPanel(); jbt.addActionListener(this); p2.add(jbt); add(p2, BorderLayout.SOUTH); } /** * 初始化FAT数组，将FAT数组都赋值为-1 * @return */ public int init() { int i, j; for (i = 0; i < 30; i++) { for (j = 0; j < 10; j++) { FAT[i][j] = -1; } } return 1; } /** * 创造一个文件 * @return */ public MyFile creatFile() { MyFile file = new MyFile(); file.setFileName(fName); file.setFileSize(this.createFileSize()); file.setFileStart(-1); fName++; // 文件名加一 return file; } /** * 随机生成文件大小 * @return */ public int createFileSize() { int fileSize = 0; // 生成文件大小，文件大小不为0 int rand = (int) (Math.random() * 1000); while (fileSize == 0) { fileSize = (rand % 100 + savedList.size() * rand + notSaveeList.size() * rand) % 50; rand = (int) (Math.random() * 1000); } return fileSize; } /** * 获取尚未分使用的簇的数量 * @return */ public int getSpace() { int space = 0; int i, j; // 从第一个开始搜查，如果等于-1则未分配簇的数量加1 for (i = 0; i < 30; i++) { for (j = 0; j < 10; j++) { if (FAT[i][j] == -1) { space++; } } } return space; } /** * 回收FAT数组内的空间 * @param fileStart * @param fileSize * @return */ public int recycleSpace(int fileStart, int fileSize) { int start = fileStart - 1; // 用start保存真正的文件起始位置，因为为了 // 第一个簇为1所以在分配时i * 10 + j + 1,现在修改回来 int i, j; int next; // 下一个簇的簇号(这是有多加1的，所以不是真正的簇号，用时要减一) int size = fileSize; i = start / 10; // 获取行号 j = start % 10; // 获取列号 if(start < 0){ return -1; } // 回收空间，将FAT数组的相应位置设为-1 while (size > 0) { next = FAT[i][j]; FAT[i][j] = -1; if (next <= 0) { break; } next--; i = next / 10; // 获取行号 j = next % 10; // 获取列号 } return 1; } /** * 分配空间给相应的文件，如果成功则返回第一个分配给文件的簇号，若失败返回-1 * @param fileSize * @return */ public int allocateFile(int fileSize) { int space = 0; // 剩余的簇的数量 int firstSpace = -1; // 分配给文件的第一个簇号 int remainFileSize = fileSize; // 文件剩余多少没有分配 int i, j; int k = 0, l = 0; space = getSpace(); if (space >= fileSize) { // 判断剩余空间是否足够 for (i = 0; i < 30; i++) { for (j = 0; j < 10; j++) { if (FAT[i][j] == -1) { if (firstSpace == -1) { // 第一个未分配出去的簇 firstSpace = i * 10 + j + 1; // 把第一个簇号记录下来 k = i; // 用于记录当前 l = j; // 的行号和列号 remainFileSize--; // 分配后计算文件剩余大小 if (remainFileSize == 0) { FAT[i][j] = 0; // 最后的一个簇，把值设为0 return firstSpace; } } else { FAT[k][l] = i * 10 + j + 1; // 把当前的文件的簇号放在上一个簇里面 k = i; // 用于记录当前 l = j; // 的行号和列号 remainFileSize--; // 分配后计算文件剩余大小 if (remainFileSize == 0) { FAT[i][j] = 0; // 最后的一个簇，把值设为0 return firstSpace; // 返回第一个分配给文件的簇的号码 } } } } } } else {// 分配失败 return -1; } return firstSpace; } /** * 修改文件，增长或者剪短文件 * @param savedList * @param notSavedList * @param index * @return */ public int modifyFile(ArrayList<MyFile> savedList, ArrayList<MyFile> notSavedList, int index) { int fileIndex = 0; // 文件的号数 int newSize = 0; // 新的文件大小 int originalSize = 0; // 原本的文件大小 int start = 0; // 用于保存文件起始簇号 MyFile file = null; MyFile delFile = null; file = savedList.get(index);// 获取要修改的第index个文件 originalSize = file.getFileSize();// 保存原有的文件大小 newSize = originalSize;// 把原来的文件大小赋值给新的文件大小 recycleSpace(file.getFileStart(), file.getFileSize());// 释放给未文件在FAT数组内的空间 // 产生一个和原本文件大小不同的新的文件大小 while (newSize == originalSize) { newSize = createFileSize(); } if (newSize < originalSize) { // 文件被裁减了，大小比原来的小，分配文件一定成功 file.setFileSize(newSize); file.setFileStart(allocateFile(file.getFileSize())); this.outputString = outputString.concat("修改了文件File" + file.getFileName() + " 原来大小：" + originalSize + " 现在大小：" + file.getFileSize() + "/n"); } else {// 文件被增长了，大小比原来的大 start = allocateFile(newSize); // 分配文件 if (start != -1) { // 分配文件成功 file.setFileSize(newSize); file.setFileStart(start); this.outputString = outputString.concat("修改了文件File" + file.getFileName() + " 原来大小：" + originalSize + " 现在大小：" + file.getFileSize() + "/n"); } else { file.setFileSize(newSize); file.setFileStart(start); this.outputString = outputString.concat("文件File" + file.getFileName() + "修改后可分配空间不足，分配失败 原来大小：" + originalSize + " 现在大小：" + file.getFileSize() + "/n"); while (true) { while (true) { fileIndex = (int) (Math.random() * 1000) % this.savedList.size(); delFile = savedList.get(fileIndex); if (file.getFileName() != delFile.getFileName()) { break; } } this.outputString = outputString.concat("释放文件File" + delFile.getFileName() + " 释放的簇数:" + delFile.getFileSize() + "/n"); recycleSpace(delFile.getFileStart(), delFile.getFileSize()); // 释放空间 savedList.remove(fileIndex); start = allocateFile(file.getFileSize()); // 重新申请空间 if (start != -1 || savedList.size() <= 0) { break; } } if (start != -1) { file.setFileStart(start); this.outputString = outputString.concat("文件名：File" + file.getFileName() + " 文件大小：" + file.getFileSize() + "申请空间成功！/n"); } else { if (savedList.size() <= 0) { this.outputString = outputString.concat("文件名：File" + file.getFileName() + " 文件大小：" + file.getFileSize() + "申请空间失败！/n"); notSavedList.add(delFile); } } } } return 1; } /** * 打印分配成功列表的信息如：fileX:x x x x * @param list */ public void getListInf(ArrayList<MyFile> list){ int j, k; int next = 0; MyFile file = null; for(int i = 0; i < list.size(); i++){ file = list.get(i); this.outputString = outputString.concat("文件名：File" + file.getFileName() + " 所占簇的簇号" + file.getFileStart() + " "); j = (file.getFileStart() - 1) / 10; k = (file.getFileStart() - 1) % 10; while(true){ next = FAT[j][k]; if (next <= 0) { break; } this.outputString = outputString.concat(next + " "); next--; j = next / 10; k = next % 10; } this.outputString = outputString.concat("/n"); } } /** * 主函数 * @param args */ public static void main(String args[]) { OutputFrame frame = new OutputFrame(); frame.setTitle("操作系统—DOS的文件分配表策略的模拟实现"); frame.setSize(600, 650); // 把视图框放在屏幕中间 Dimension screenSize = Toolkit.getDefaultToolkit().getScreenSize(); int screenWidth = screenSize.width; int screenHeight = screenSize.height; Dimension frameSize = frame.getSize(); int frameWidth = frameSize.width; int frameHeight = frameSize.height; int pointX = (screenWidth - frameWidth) / 2; int pointY = (screenHeight - frameHeight) / 2; frame.setLocation(pointX, pointY); frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); frame.setVisible(true); } /** * JButton的监听器 */ public void actionPerformed(ActionEvent e) { // TODO Auto-generated method stub init(); //初始化参数 MyFile delFile = null; MyFile file = null; MyFile allocateFile = null; int i, j; int length = 0; // 用于保存列表长度 int fileIndex = 0; // 用于保存文件在列表中的序号 int modifyWeight = 0; // 修改权值 savedList = new ArrayList(); notSaveeList = new ArrayList(); for (i = 0; i < 200; i++) { j = (int) (modifyWeight + Math.random() * 1000) % 10;// j为通过“修改权值”和随机数相加再对10求模后得到的值，用于 // 在下面判断的时候判断是否进入修改文件功能 // 判断是否修改文件大小，条件是已经有20个文件的请求，且j为10以内的单数 if (i > 20 && (j == 1 || j == 3 || j == 5 || j == 7 || j == 9) && savedList.size() > 0) { // 判断是修改文件 fileIndex = (int) (Math.random() * 1000) % savedList.size(); // 对已存入列表产生一个随机的文件序号，用于修改 if(fileIndex != 0){ fileIndex--; } modifyFile(this.savedList, this.notSaveeList, fileIndex); modifyWeight--; // 修改权值减一 } else { if (notSaveeList.size() < maxNoSavedLength) { // 如果没有存入的文件列表的节点数大于允许的最大未存入的文件数maxNoSavedLength，则进行释放空间，反之继续下一个文件申请空间 file = this.creatFile(); file.setFileStart(allocateFile(file.getFileSize())); // 进行文件分配空间 this.outputString = outputString.concat("文件名:File" + file.getFileName() + " 文件大小：" + file.getFileSize()); if (file.getFileStart() != -1) { //分配文件成功 savedList.add(file); //将分配成功的文件结构体列入到成功分配列表 this.outputString = outputString.concat("成功申请空间!/n"); file = null; } else { //分配文件失败 notSaveeList.add(file); //将分配失败的文件结构体列入到分配失败列表 file = null; this.outputString = outputString.concat("申请空间失败!/n"); } }else{//释放空间 length = savedList.size(); //将成功分配列表长度赋给length用于删除文件的循环次数控制 //释放资源，将会删除一半（length / 2）的文件数目，并释放空间 for (j = 1; j <= length / 2; j++) { fileIndex = (int)(Math.random() * 1000) % savedList.size(); //对已存入列表产生一个随机的文件序号，用于删除 if(fileIndex != 0){ fileIndex--; } delFile = (MyFile)(savedList.get(fileIndex)); //利用文件序号获取要删除的文件在分配成功列表的节点 this.outputString = outputString.concat("释放文件File" + delFile.getFileName() + " 释放的簇数:" + delFile.getFileSize() + "/n"); recycleSpace(delFile.getFileStart(), delFile.getFileSize());//回收空间。注意：这个时候节点并没有删除，知识释放了在FAT[][]的空间 savedList.remove(fileIndex); } delFile = null; //重新对分配失败列表的每个文件进行文件空间申请 for (j = 1; j <= maxNoSavedLength; j++) { delFile = (MyFile)(notSaveeList.get(0)); notSaveeList.remove(0); allocateFile = delFile; allocateFile.setFileStart(this.allocateFile(allocateFile.getFileSize())); if (allocateFile.getFileStart() != -1) { //分配成功 savedList.add(allocateFile); this.outputString = outputString.concat("文件名:File" + allocateFile.getFileName() + " 文件大小：" + allocateFile.getFileSize() + "成功申请空间!/n"); }else{ //分配失败 notSaveeList.add(allocateFile); this.outputString = outputString.concat("文件名:File" + allocateFile.getFileName() + " 文件大小：" + allocateFile.getFileSize() + "申请空间失败!/n"); } } } modifyWeight += i; file = null; } } this.outputString = outputString.concat("/n所有申请已完成/n以下信息为分配成功的文件所占簇的信息：/n"); getListInf(savedList); this.outputString = outputString.concat("/n/n"); jta.setText(outputString); } }

package myOSPackage; public class MyFile { private int fileName; private int fileSize; private int fileStart; public MyFile(){ fileName = 0; fileSize = 0; fileStart = -1; } public int getFileName() { return fileName; } public void setFileName(int fileName) { this.fileName = fileName; } public int getFileSize() { return fileSize; } public void setFileSize(int fileSize) { this.fileSize = fileSize; } public int getFileStart() { return fileStart; } public void setFileStart(int fileStart) { this.fileStart = fileStart; } }