操作系统：Linux(运行)，Windows 10(开发)
开发工具：Visual Studio 2017，git
开发语言：C++
代码地址：https://github.com/ProphetHJK/LinuxFileManager
本次实验实现了一个模拟的文件管理系统，采用树状设计。系统运行在Linux操作系统下，所有的操作发生在内存中，没有使用Linux本身的文件系统。相关的功能及指令完全仿照Linux系统，如rm，mv，ls等，但由于时间与精力有限，对部分功能进行了简化，还有部分功能未实现。同时为了保证兼容性，所有提示信息都使用英文。
本项目一共定义了三个类，
knode类：文件信息类，类成员包含nodeid、文件名、大小、创建时间、修改时间、父knode指针、子knode指针向量、是否为目录、文本信息指针等，在linux的文件系统实现里，inode类和文件信息类是分开的，因为有链接功能的存在，一个文件可以对应多个inode，为了减少工作量将两个类写到了一起。每一个文件对应一个knode，每次创建时会分配一个独立nodeid号，每次修改时会导致修改时间和大小的变动。文件信息类不包含文本信息，只包含了文本数据的指针。由于使用long类型表示文件大小，单个文件大小上限为4GB。
Context类：文本内容类，由于是在内存中操作，不得不建立了这个类，如果不在内存中，文本内容可以直接放入磁盘里。Context类目前只实现类字符串类型，可以扩充为二进制类型，整数类型等。当文件信息被删除时，对象会被自动删除，并释放空间。实际上，如果文件是在磁盘中则不需要删除这个操作，只需删除文件信息就行，之后如果空间不够会覆盖原有被删文件。
FileManager类：文件管理类，用于knode，类成员包含knode指针向量（类似inode表），最大空间，可用空间，已用空间，当前目录等。文件及目录的增、删、移、改都由类成员函数提供。每次初始化是都会建立一个根目录目录名为/，之后建立的文件及目录都只能从属于根目录。数据结构方面用指针向量制作了knode表，记录所有文件信息（包括目录），新建文件进表，删除文件出表，复制移动同理。由于用户使用时是按照文件名使用的，所以要使用findFile()来寻找文件名对应的knode。由于文件和目录的不同，相关函数也区分文件和目录版本。比如删除函数，当删除目录时需要递归删除所有子目录和子文件，复制移动也是同理。
使用help指令能在系统中显示所有可用指令，以下斜体表示实现的指令，全大写表示参数，之后表示其功能介绍。
ls 显示当前目录下文件及目录
pwd 显示绝对路径
cd DIRECTORY 进入目录
mkdir DIRECTORY 创建一个新目录，如果目录不存在
touch FILE 创建一个新文件，如果文件不存在
rm FILE 移除文件
rmd DIRECTORY 递归移除目录
mv SOURCE TARGET 移动文件至目标目录
mvd SOURCEDIRECTORY TARGET (递归)移动目录至目标目录
cp SOURCE TARGET 复制文件至目标目录
cpd SOURCEDIRECTORY TARGET 递归复制目录到目标目录
vi FILE 编辑文件，需要输入新的文本
cat FILE 查看文件内容
rename FILE TARGETNAME 重命名文件
renamed DIRECTORY TARGETNAME 重命名目录
df 显示文件系统信息
#include"Context.h"
using namespace std;
//inode的简化,单个文件的基本信息
class knode
{
private:
string filename;//文件名
string pathname;//绝对路径
int nodeid;//node编号，按照创建顺序指定
long ctime;//最后修改时间,也能表示创建时间
long vtime;//最后访问时间
unsigned long bytesize;//文件大小（字节）最大4GB
Context *context;//文件内容
knode *parent;//父节点的指针
vector<knode*> child_list;//子节点的向量指针
public:
//构造函数
knode(string name, bool dir, knode *parentnode);
~knode();
//加入父节点，每次一个
void addChildnode(knode *childnode);
//加入子节点，每次一个
void setParent(knode *parentnode);
//移除子节点，每次一个
void removeChild(knode *childnode);
bool isdir;//是否为目录
//显示目录下文件
void showChild();
//计算路径,返回路径string
string getPath();
//获取Unix时间戳
long getTime();
//目录下文件名是否重复
bool isDuplicate(string filename, bool isdir);
//检索子节点
knode* findKnode(string name,bool dir);
//完全复制信息
knode* copyKnode();
Context* getcontext();
string getfilename();
long getvtime();
long getctime();
long getbytesize();
void setfilename(string name);
void setctime();
void setvtime();
void setbytesize(long size);
knode* getParent();
int getNodeid();
vector<knode*> &getchildlist();
};#include<cstdlib>
#include<string.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/time.h>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
class Context
{
private:
string str; //字符串信息，用于文本文件
long size; //占用大小
public:
Context();
void setStr(string tmp);
string* getStr();
long getSize();
};#include "knode.h"
class FileManager
{
private:
long long maxspace;//最大空间
vector<knode*> fileblocks;//记录文件信息
long long freespace;//剩余空间
long long usedspace;//已使用空间
knode *nowdir;//当前目录
knode *rootdir;//根目录knode
public:
//初始化
FileManager();
//删除文件
void deleteFile(knode *node);
//删除文件
void deleteDir(knode *node);
//创建文件
knode* createFile(string name, knode *parent);
//创建目录
knode* createDir(string name, knode *parent);
//创建文件在当前目录
knode* createFile(string name);
//创建目录在当前目录
knode* createDir(string name);
//重命名文件
void renameFile(string newname, knode *node);
//重命名目录
void renameDir(string newname, knode *node);
//移动文件
void moveFile(knode *node,knode *newdir);
//移动目录
void moveDir(knode *node,knode *newdir);
//复制文件
void copyFile(knode *node, knode *newdir);
//复制目录
void copyDir(knode *node, knode *newdir);
//显示当前目录下所有文件及目录
void showFile();
//进入目录
void enterDir(string dir);
//根据string解析knode
knode *findFile(string filename,bool isdir);
//显示绝对路径
void showPWD(knode *node);
//获取当前目录
knode* getNowdir();
//文本内容修改
void editText(knode *node,string str);
//文本内容获取
string *catText(knode *node);
//获取文件系统信息
void showDf();
void test();
};#include"FileManager.h"
using namespace std;
//交互界面
void StartMenu(FileManager *filemanager)
{
string command;
string command1;
cout << "Welcome to LinuxFileManager!" << endl;
cout << "Use \"help\" to see what you can do." << endl;
while (1)
{
cout << "ubuntu@ubuntu:";
filemanager->showPWD(filemanager->getNowdir());
cout<<"~$ ";
cin >> command;
if (command == "help")
{
cout << "ls\t\t\t\tList information about the FILEs (the current directory by default)" << endl;
cout << "pwd\t\t\t\tShow absolute path" << endl;
cout << "cd DIRECTORY\t\t\tEnter CHILD-DIRECTORY(use ./ enter Parent DIRECTORY)" << endl;
cout << "mkdir DIRECTORY\t\tCreate the DIRECTORY(ies), if they do not already exist." << endl;
cout << "touch FILE\t\t\tUpdate the access and modification times of each FILE to the current time." << endl;
cout << "rm FILE\t\t\t\tRemove (unlink) the FILE(s)" << endl;
cout << "rmd DIRECTORY\t\t\tRemove directories and their contents recursively" << endl;
cout << "mv SOURCE TARGET\t\tMove SOURCE(s) to DIRECTORY" << endl;
cout << "mvd SOURCEDIRECTORY TARGET\tMove SOURCEDIRECTORY to DIRECTORY" << endl;
cout << "cp SOURCE TARGET\t\tCopy SOURCE to DIRECTORY" << endl;
cout << "cpd SOURCEDIRECTORY TARGET\tCopy SOURCEDIRECTORY to DIRECTORY" << endl;
cout << "vi FILE\t\t\t\tEDIT FILE" << endl;
cout << "cat FILE\t\t\tConcatenate FILE to standard output" << endl;
cout << "rename FILE TARGETNAME\t\tRename file" << endl;
cout << "renamed DIRECTORY TARGETNAME\tRename dictionary" << endl;
cout << "df\t\t\t\tShow information about the file system" << endl;
}
else if (command == "ls")
{
filemanager->showFile();
}
else if (command == "cd")
{
cin >> command;
filemanager->enterDir(command);
}
else if (command == "pwd")
{
filemanager->showPWD(filemanager->getNowdir());
cout << endl;
}
else if (command == "mkdir")
{
cin >> command;
filemanager->createDir(command);
}
else if (command == "touch")
{
cin >> command;
filemanager->createFile(command);
}
else if (command == "rm")
{
cin >> command;
filemanager->deleteFile(filemanager->findFile(command,false));
}
else if (command == "rmd")
{
cin >> command;
filemanager->deleteDir(filemanager->findFile(command, true));
}
else if (command == "mv")
{
cin >> command;
cin >> command1;
filemanager->moveFile(filemanager->findFile(command,false), filemanager->findFile(command1,true));
}
else if (command == "mvd")
{
cin >> command;
cin >> command1;
filemanager->moveDir(filemanager->findFile(command, true), filemanager->findFile(command1, true));
}
else if (command == "cp")
{
cin >> command;
cin >> command1;
filemanager->copyFile(filemanager->findFile(command, false), filemanager->findFile(command1, true));
}
else if (command == "cpd")
{
cin >> command;
cin >> command1;
filemanager->copyDir(filemanager->findFile(command, true), filemanager->findFile(command1, true));
}
else if (command == "vi")
{
cin >> command;
if (filemanager->findFile(command, false)!= NULL)
{
cout << "Enter your string here:";
cin >> command1;
filemanager->editText(filemanager->findFile(command, false), command1);
}
else
{
cout << "Can't find this file!";
}
}
else if (command == "cat")
{
cin >> command;
if (filemanager->findFile(command, false) != NULL)
{
cout << *filemanager->catText(filemanager->findFile(command, false)) << endl;
}
else
{
cout << "Can't find this file!";
}
}
else if (command == "rename")
{
cin >> command;
cin >> command1;
filemanager->renameFile(command1, filemanager->findFile(command, false));
}
else if (command == "renamed")
{
cin >> command;
cin >> command1;
filemanager->renameFile(command1, filemanager->findFile(command,true));
}
else if (command == "df")
{
filemanager->showDf();
}
else if (command == "exit")
{
break;
}
else
{
cout << "Wrong command!Please try again.Use \"help\" to see all commands."<<endl;
}
}
}
int main() {
FileManager *filemanager = new FileManager();
StartMenu(filemanager);
return 0;
}创建文件函数需要一个文件名作为参数，默认父目录为当前目录，其他成员信息根据情况自动生成。
knode* FileManager::createFile(string name)
{
//如果已经存在则不允许生成
if (nowdir->isDuplicate(name, false))
{
cout << "There is already a \"" << name << "\" in parent dictionary!" << endl;
}
else
{
knode *tmp = new knode(name, false, nowdir);
//父目录子节点列表加入当前knode
nowdir->addChildnode(tmp);
//加入knode表
fileblocks.push_back(tmp);
usedspace += tmp->getbytesize();
freespace = maxspace - usedspace;
//cout << "Create " << tmp->getfilename() << " completed" << endl;
return tmp;
}
return NULL;
}void FileManager::deleteDir(knode *node)
{
if (node == NULL)
{
cout << "Can't find this dictionary!" << endl;
return;
}
if (node->isdir == false)
{
cout << "Can't delete file!Please use rm." << endl;
return;
}
//根目录不允许删除
if (node->getNodeid() == 0)
{
cout << "Can't delete root dictionary!" << endl;
return;
}
//当子目录不为空时递归删除所有子目录
for (vector<knode*>::iterator it = node->getchildlist().begin(); it != node->getchildlist().end()&& !node->getchildlist().empty();++it)
{
if ((*it)->isdir == true)
{
//为目录时递归调用
deleteDir(*it);
}
else
{
//为文件时直接删除
deleteFile(*it);
}
}
//取消与父目录的连接
node->getParent()->removeChild(node);
//将子目录文件信息移除出knode表
for (vector<knode*>::iterator fbit = fileblocks.begin(); fbit != fileblocks.end();)
{
if (*fbit == node)
{
fileblocks.erase(fbit);
cout << "Delete " << node->getfilename() << " completed" << endl;
break;
}
else
{
++fbit;
}
}
delete node;
return;
}
图4.1 开始界面
图4.2 help命令
图4.3 各种命令组合
首先要理解文件系统，linux的文件系统与windows的不同，linux中所有数据都是文件，每个文件都有一个inode号，保存在一张inode表中，大大减少了文件系统的复杂度。所有的文件操作只需对inode表做出修改即可。
第二点，linux是纯命令系统，所有操作通过控制台输入命令后完成，所以用户可能输入不存在的文件名，需要对用户命令进行错误分析。
第三点，linux使用block存放数据，一个文件占用一个或多个block，由superblock记录当前磁盘大小，块数及使用情况。inode存放文件block占用信息。
本次模型建立仿照了linux文件系统，在linux文件系统中至少有inode类，superblock类，dentry类，总管理类。本次实验由于时间和精力有限，将inode类，dentry类 合并为一个knode类，将superblock类和管理类进行了精简合并。knode类存放单个文件的基本信息，FileManager用于管理每个文件。
在实验中有一个通过文件名查找knode信息的函数，所以要考虑到搜索的简易性和高效性，想了很多数据结构的设计方案，比如哈希表、数组、双向链表、动态数组等，哈希表在面对大量数据时效果不好，数组无法动态调整大小，链表编程复杂，动态数组是个不错的选择。最后决定使用双向链表加上动态数组的数据结构，节点之间通过双向链表连接，knode表通过动态数组存放，只需使用vector自带的搜索函数或自己使用迭代器搜索就解决了该问题。
本次方案从零开始完全自主设计，一开始就想好了knode类，然后就开始写了，写完之后发现有很多问题，包括文件管理如何实现等，之后便开始写FileManager类，同时管理类需要很多接口knode类没有提供，就边写管理类，遇到没提供的就再补充。在编程的过程中每写好一项功能就会进行一次简单测试，这为之后排除bug提供了巨大帮助，我觉得这是一个良好得习惯。
对于后续得扩展性，我在开始编写得时候就考虑到了，文件管理和文件信息类相互独立，所以得内部私有成员都设置得读写接口，严格区分了文件和目录的操作函数，防止混淆。增加本类功能几乎不需要改动其他类，实现了独立性。