【设计题目】
二级文件系统设计
【设计目的】
（1）本实验的目的是通过一个简单多用户文件系统的设计，加深理解文件系统的内部功能和内部实现。
（2）结合数据结构、程序设计、计算机原理等课程的知识，设计一个二级文件系统，进一步理解操作系统。
（3）通过分对实际问题的分析、设计、编程实现，提高学生实际应用、编程的能力。
【设计内容】
一、任务
为Linux系统设计一个简单的二级文件系统。要求做到以下几点：
1.可以实现下列几条命令：
login 用户登录
dir 列目录
create 创建文件
delete 删除文件
open 打开文件
close 关闭文件
read 读文件
write 写文件
cd 进出目录
2.列目录时要列出文件名，物理地址，保护码和文件长度
3.源文件可以进行读写保护
二、程序设计
1.要求实现的功能：
login 登录
ls 列目录
ll 列目录（详细）
mkdir 创建目录
mk 创建文件
rmdir 删除文件夹
rm 删除文件
open -ff 打开文件到内存中(最先适应存储分配算法)
open -zj 打开文件到内存中(最佳适应存储分配算法)
open -zh 打开文件到内存中(最坏适应存储分配算法)
close i 释放内存中第i个线程
cat 读文件
write -a f context 写文件(追加)
write -c f context 写文件(覆盖)
cd 进出目录
2.额外实现的功能：
cp f1 f2 复制文件夹f1变成f2
mv f1 f2 移动文件夹f1变成f2
attrib f r 修改文件f的权限为只读
attrib f w 修改文件f的权限为读写
head f n 读取文件f的前n行内容
tail f n 读取文件f的后n行内容
clear 清除屏幕
exit 退出系统
3.列目录时列出文件名、物理地址、保护码、文件长度、读写权限、修改日期、文件类型等
4.源文件可以进行读写保护，可以通过attrib命令修改文件权限为只读或读写。
【实验环境】
IntelliJ IDEA 2021.1.1 x64
【设计思路】
一、采用的数据结构
（一）主要数据结构——FileContext类
该类存储乐多级文件系统的实际存储路径、用户名、当前路径等，linux基本操作基本围绕着这个类展开，这也是本项目最重要的一个数据结构之一。
public class FileContext {//多级文件系统的实际存储路径（该项目父结构的下一层./dir目录下）public static String real = "." + File.separatorChar+ "dir" ;//当前路径public static String now="/";//多级文件系统的用户名public static String user="";//是否使用目录public static String userDirectory = "/"+user;//字符集public static String Charset = "UTF-8";
}（二）主要数据结构——Memory类
Memory类是Java中的模拟内存，主要用来打开、关闭文件的。其中，size是内存块大小，lastFind是上次寻址结束的下表，threds、holes分别是内存块进程的双向链表和内存块分区的双向链表，MIN_SIZE是最小剩余分区大小。这里为了侧重展示重点，去掉了非核心的get、set方法，核心方法是getMemory申请一个size大小的内存，和releaseMemory释放内存，着两个方法也是实现动态分区存储管理的核心实现方法。
public class Memory {private int size; //内存块大小private int lastFind; //上次寻址结束的下标private LinkedList<Thrd> thrds; //记录内存块中进程的双向链表private LinkedList<Hole> holes; //记录内存块分区的双向链表private static final int MIN_SIZE = 5; //最小剩余分区大小public Memory(int size) {this.size = size; //初始化内存大小this.thrds = new LinkedList<>(); //初始化两个链表this.holes = new LinkedList<>();holes.add(new Hole(0, size)); //分区链表的首项为大小是内存大小的空闲分区}//size:申请大小 location:分配分区的下标 hole:location对应的分区public Memory getMemory(int size, int location, Hole hole) {//若分配后当前分区剩余大小大于最小分区大小，则把当前分区分为两块if (hole.getSize() - size >= MIN_SIZE) {Hole newHole = new Hole(hole.getHead() + size, hole.getSize() - size);holes.add(location + 1, newHole);hole.setSize(size);}thrds.add(new Thrd(10000 + (int)(89999 * Math.random()), 1, hole)); //模拟添加一个就绪状态的进程，此进程id随机生成(忽略id重复的情况哈)hole.setFree(false); //设置当前分区为非空闲状态System.out.println("成功分配大小为" + size + "的内存");return this;}public Memory releaseMemory(int id) {Thrd thrd = null; //记录此id对应进程(忽略进程id与分区id相同，但进程不同的情况哈)if (id >= holes.size()) { //若id大于holes的表长度，则需要判断此id是否是进程idboolean flag = false;for (int i = 0; i < thrds.size(); i++) { //循环比对此id是否是thrds链表中进程的idif (thrds.get(i).getId() == id) {thrd = thrds.get(i);flag = true;break;}}if (!flag) {System.err.println("无此分区:" + id);return this;}}if (thrd != null) { //若是通过进程id释放内存，则用下列循环获取进程对应的hole对应holes链表的下标(获取分区id)for (int i = 0; i < holes.size(); i++) {Hole hole = holes.get(i);if ((thrd.getHole().getSize() == hole.getSize()) && (thrd.getHole().getHead() == hole.getHead())) {id = i;break;}}}Hole hole = holes.get(id); //此id为分区idif (hole.isFree()) {System.out.println("此分区空闲,无需释放:\t" + id);return this;}//用分区id释放thrdfor (int i = 0; i < thrds.size(); i++) {Thrd thrd2 = thrds.get(i);if ((thrd2.getHole().getSize() == hole.getSize()) && (thrd2.getHole().getHead() == hole.getHead())) {thrds.remove(i);break;}}//如果回收分区不是尾分区且后一个分区为空闲, 则与后一个分区合并if (id < holes.size() - 1 && holes.get(id + 1).isFree()) {Hole nextHole = holes.get(id + 1);hole.setSize(hole.getSize() + nextHole.getSize());holes.remove(nextHole);}//如果回收分区不是首分区且前一个分区为空闲, 则与前一个分区合并if (id > 0 && holes.get(id - 1).isFree()) {Hole lastHole = holes.get(id - 1);lastHole.setSize(hole.getSize() + lastHole.getSize());holes.remove(id);id--;}holes.get(id).setFree(true);System.out.println("内存回收成功!");return this;}
}（三）主要数据结构——Hole类
Hole类用于表示内存中各个分区，也表示进程对应的内存块，其中，head是小内存块的起始地址，size是小内存块的大小，isFree是小内存块的空闲状态。
public class Hole {private int head; //小内存块的起始地址private int size; //小内存块的大小private boolean isFree; //小内存块的空闲状态public Hole(int head, int size) {this.head = head;this.size = size;this.isFree = true;}}（四）主要数据结构——Thrd类
Thrd类主要用于描述进程，是用于记录进程信息和进程对应的内存块，其中id是进程号，state是进程状态，hole是进程对应的小内存块。
public class Thrd {private int id; //进程idprivate int state; //进程状态 0为空闲 1为就绪 2为执行 3为阻塞private Hole hole; //进程所对应的小内存块public Thrd(int id, int state, Hole hole) {this.id = id;this.state = state;this.hole = hole;}
}二、主要的函数说明
（一）有哪些函数——实现Linux基本操作的接口
下面展示的是实现Linux基本操作的关键函数，完成了课设所有要求的同时，实现了约20个不同的linux命令。下面是接口部分的代码展示。我将在后面着重选择open、close、delete、write这四个函数来讲。
public interface FileManagerService {Boolean login(String username,String password);Boolean register(String username,String password);String ls() throws Exception;String ll() throws Exception;Boolean attrib(String filename,String permission) throws IOException;String cd(String arg) throws IOException;Boolean cp(String filename,String newFilename) throws IOException;Boolean mv(String filename,String newFilename) throws IOException;Boolean mk(String filename) throws IOException;Boolean rm(String filename) throws IOException;Boolean rmdir(String filename);Boolean mkdir(String filename) throws IOException;String cat(String filename) throws IOException;String help(String command) throws IOException;String help() throws IOException;String head(String filename, Integer n);String tail(String filename, Integer n);Boolean write(Integer mode,String filename,String context) throws IOException;String open(String algorithmId,String filename);String close(Integer thrdId);default String getNowPath(){String[] strings = FileContext.now.split(File.pathSeparator);if(FileContext.now.startsWith(File.separatorChar+ FileContext.user)){return FileContext.now.replace(File.separatorChar+ FileContext.user,"~");}return FileContext.now;}default String getRealPath(){return FileContext.real + FileContext.now;}default void createUserDirectory(){File file = new File(FileContext.real + File.separatorChar + FileContext.user);if(!file.exists()){file.mkdirs();}};default boolean checkUserDirectory(){File file = new File(FileContext.real + File.separatorChar + FileContext.user);if(!file.exists()){createUserDirectory();return true;}return true;}default void init(){if(checkUserDirectory()){FileContext.now = File.separatorChar+ FileContext.user;}}
}（二）主要函数——open()方法
open方法实现的核心功能为，将磁盘中的文件调度到内存中打开，同时使用动态分区分配算法，实现模拟操作系统中，内存的优化。
这里前4行有效代码都是类中的全局变量，在open方法中都有用到。
Partition partition = new Partition();
//初始化的内存大小
private final Integer memorySize = 1000;
//初始化一个内存
Memory memory = new Memory(memorySize);//存储小内存块的链表
LinkedList<Hole> holeLinkedList = new LinkedList<>();@Override
public String open(String algorithmId,String filename) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);//要申请的大小long totalSpace = 0;//申请的大小if(file.isDirectory()){totalSpace = getFolderSize(file);}else{totalSpace = file.length();}Hole hole = new Hole(file.getAbsolutePath().hashCode(), (int) file.length());holeLinkedList.add(hole);//1--首次适应算法if("-ff".equals(algorithmId)){memory = partition.FF(memory, (int) totalSpace);//2--最佳适应算法}else if("-zj".equals(algorithmId)){memory = partition.ZJ(memory,(int) totalSpace);//3--最坏适应算法}else if("-zh".equals(algorithmId)){memory = partition.ZH(memory,(int) totalSpace);}String showThrds = partition.showThrds(memory);String showMemory = partition.showMemory(memory);return showThrds+"\n"+showMemory;
}
（三）主要函数——动态分区分配算法
1．首次适应算法
算法思想：每次都从低地址开始查找，找到第一个能满足大小的空闲分区。
如何实现：空闲分区以地址递增的次序排列。每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表），找到大小能满足要求的第一个空闲分区。函数如下：
public Memory FF(Memory memory, int size) {int sum = 0;//循环内存中所有分区for (int i = 0; i < memory.getHoles().size(); i++) {sum++;//为循环首次适应算法设置最后寻址的下标memory.setLastFind(i);Hole hole = memory.getHoles().get(i); //获得对应的分区//若此分区空闲且大小大于申请的大小，则申请内存if (hole.isFree() && hole.getSize() >= size) {System.out.println("查找" + sum + "次");return memory.getMemory(size, i, hole);}}System.err.println("OUT OF MEMORY!");return memory;
}2．最佳分区分配算法
算法思想：由于动态分区分配是一种连续分配方式，为各进程分配的空间必须是连续的一整片区域。因此为了保证当“大进程”到来时能有连续的大片空间，可以尽可能多地留下大片的空闲区，即，优先使用更小的空闲区。
如何实现：空闲分区按容量递增次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表），找到大小能满足要求的第一个空闲分区。
public Memory ZJ(Memory memory, int size) {int findIndex = -1; //最佳分区的下标int min = memory.getSize(); //min存储当前找到的最小的合适的分区大小for (int i = 0; i < memory.getHoles().size(); i++) {//memory.setLastFind(i);Hole hole = memory.getHoles().get(i);if (hole.isFree() && hole.getSize() >= size) {//若当前找到的分区大小比min还要合适(剩余空间更小),则修改其值if (min > hole.getSize() - size){min = hole.getSize() - size;findIndex = i;}}}if (findIndex != -1) { //若存在合适分区return memory.getMemory(size, findIndex, memory.getHoles().get(findIndex));}System.err.println("OUT OF MEMORY!");return memory;
}3.最坏分区分配算法
算法思想：为了解决最佳适应算法的问题——即留下太多难以利用的小碎片，可以在每次分配时优先使用最大的连续空闲区，这样分配后剩余的空闲区就不会太小，更方便使用。
如何实现：空闲分区按容量递减次序链接。每次分配内存时顺序查找空闲分区链（或空闲分区表），找到大小能满足要求的第一个空闲分区。
public Memory ZH(Memory memory, int size) {int findIndex = -1;int max = 0;for (int i = 0; i < memory.getHoles().size(); i++) {Hole hole = memory.getHoles().get(i);if (hole.isFree() && hole.getSize() >= size) {if (max < hole.getSize() - size){max = hole.getSize() - size;findIndex = i;}}}if (findIndex != -1) {return memory.getMemory(size, findIndex, memory.getHoles().get(findIndex));}return memory;
}（四）主要函数——close()方法
主要函数有close调用的releaseMemory释放内存操作和showThrds、showMemory展示进程、内存的操作。
@Override
public String close(Integer thrdId) {memory = memory.releaseMemory(thrdId);String showThrds = partition.showThrds(memory);String showMemory = partition.showMemory(memory);return showThrds+"\n"+showMemory;
}releaseMemory方法如下：
public Memory releaseMemory(int id) {Thrd thrd = null; //记录此id对应进程(忽略进程id与分区id相同，但进程不同的情况哈)if (id >= holes.size()) {//若id大于holes的表长度，则需要判断此id是否是进程idboolean flag = false;for (int i = 0; i < thrds.size(); i++) { //循环比对此id是否是thrds链表中进程的idif (thrds.get(i).getId() == id) {thrd = thrds.get(i);flag = true;break;}}if (!flag) {return this;}}if (thrd != null) { //若是通过进程id释放内存，则用下列循环获取进程对应的hole对应holes链表的下标(获取分区id)for (int i = 0; i < holes.size(); i++) {Hole hole = holes.get(i);if ((thrd.getHole().getSize() == hole.getSize()) && (thrd.getHole().getHead() == hole.getHead())) {id = i;break;}}}Hole hole = holes.get(id); //此id为分区idif (hole.isFree()) {return this;}//用分区id释放thrdfor (int i = 0; i < thrds.size(); i++) {Thrd thrd2 = thrds.get(i);if ((thrd2.getHole().getSize() == hole.getSize()) && (thrd2.getHole().getHead() == hole.getHead())) {thrds.remove(i);break;}}//如果回收分区不是尾分区且后一个分区为空闲, 则与后一个分区合并if (id < holes.size() - 1 && holes.get(id + 1).isFree()) {Hole nextHole = holes.get(id + 1);hole.setSize(hole.getSize() + nextHole.getSize());holes.remove(nextHole);}//如果回收分区不是首分区且前一个分区为空闲, 则与前一个分区合并if (id > 0 && holes.get(id - 1).isFree()) {Hole lastHole = holes.get(id - 1);lastHole.setSize(hole.getSize() + lastHole.getSize());holes.remove(id);id--;}holes.get(id).setFree(true); return this;
}
两个show方法如下：
public String showMemory(Memory memory) {String returnStr ="-------------------------------------------\n"+"分区编号\t分区始址\t分区大小\t空闲状态\t\n"+"-------------------------------------------\n";for (int i = 0; i < memory.getHoles().size(); i++){Hole hole = memory.getHoles().get(i);returnStr += i + "\t\t" + hole.getHead() + "\t\t" + hole.getSize() + " \t\t" + hole.isFree()+"\n";}returnStr += "-------------------------------------------\n";return returnStr;
}
public String showThrds(Memory memory) {String returnStr ="-------------------------------------------\n"+"进程编号\t进程状态\t进程起始地址\t进程大小\t\n"+"-------------------------------------------\n";if (memory.getThrds().size() > 0) {for (int i = 0; i < memory.getThrds().size(); i++) {Thrd thrd = memory.getThrds().get(i);returnStr+=thrd.getId() + " \t" + thrd.getState() + "\t\t" + thrd.getHole().getHead() + "\t\t\t" + thrd.getHole().getSize()+"\n";}} else {returnStr +="\t\t\t暂无进程！\n";}returnStr+="-------------------------------------------\n";return returnStr;
}（五）主要函数——delete()方法
删除的方法一共有两个，在这我写成了rm和rmdir，前者用来完成删除文件的操作，后者用于删除文件夹。
@Override
public Boolean rm(String filename) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if(file.exists()){file.delete();}else{return false;}return true;
}
@Override
public Boolean rmdir(String filename) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if (file.exists()) {if (file.isDirectory()) {return deleteDirectory(file);} else {return file.delete();}} else {return false;}
}
private boolean deleteDirectory(File directory) {File[] files = directory.listFiles();if (files != null) {for (File file : files) {if (file.isDirectory()) {deleteDirectory(file); // 递归删除子目录} else {file.delete();}}}return directory.delete(); // 删除当前目录
}（六）主要函数——write()方法
write方法我一共设计了两种模式，一种是-a(append)追加模式，另一种是-c(cover)覆盖模式，都可以对文件做写入操作。具体代码如下。
@Override
public Boolean write(Integer mode,String filename, String content) {content = content +"\n";File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);//0--追加，1--覆盖if(mode == 0){try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(file,true))) {writer.write(content);return true;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();return false;}}else if(mode == 1){try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(file))) {writer.write(content);return true;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();return false;}}return false;
}三、程序流程设计等
1．首次适应算法
将空闲分区链以地址递增的顺序连接；在进行内存分配时，从链首开始顺序查找，直到找到一块分区的大小可以满足需求时，按照该作业的大小，从该分区中分配出内存，将剩下的空闲分区仍然链在空闲分区链中。
图 1 首次适应算法流程图
2．最佳分区分配算法
将空闲分区链中的空闲分区按照空闲分区由小到大的顺序排序，从而形成空闲分区链。每次从链首进行查找合适的空闲分区为作业分配内存，这样每次找到的空闲分区是和作业大小最接近的，所谓“最佳”。
图 2 最佳分区分配算法流程图
3.最坏分区分配算法
与最佳适应算法刚好相反，将空闲分区链的分区按照从大到小的顺序排序形成空闲分区链，每次查找时只要看第一个空闲分区是否满足即可。
图 3 最坏分区分配算法流程图
write方法流程图如下：
先读入语句，裁剪出用户输入的命令，由第一个字符，判断是什么命令。如果是write命令，那再判断语句格式是否正确，具体为：看是否是4个字符组成的语句。再然后，看write的模式，-a是追加模式，-c是覆盖模式。最后，第4个字符是要写入文件的内容。现在已经拿到了所有需要的参数，接下来根据参数，对文件进行插入操作就行了。另外，记得在结束的时候关闭文件。流程图如下所示。
图 4 write方法流程图
【源程序清单】
先说一下我的代码结构，如下：
框出来的源码在上面章节已经给出了，为了避免文档重复性，这一章只给FileManagerServiceImpl类和LinuxTerminalGUI类。如下：
1.FileManagerServiceImpl.java
package com.ly.service;import com.ly.context.FileContext;
import com.ly.domain.Hole;
import com.ly.domain.Memory;
import com.ly.partition.Partition;
import jdk.nashorn.internal.parser.JSONParser;import java.io.*;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.attribute.*;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.*;
/*** @Author 林瑶* @Description TODO* @Date 2024/6/27 0:25*/
public class FileManagerServiceImpl implements FileManagerService {Partition partition = new Partition();//初始化的内存大小private final Integer memorySize = 1000;//初始化一个内存Memory memory = new Memory(memorySize);//存储小内存块的链表LinkedList<Hole> holeLinkedList = new LinkedList<>();public FileManagerServiceImpl(){File file = new File(FileContext.real);if(!file.exists()){file.mkdirs();}}public Boolean login(String username, String password) {checkUserDirectory();Boolean flag = false;//默认无用户try (BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(FileContext.real + FileContext.now+"user.txt"))) {String line;while ((line = br.readLine()) != null) {String[] parts = line.split(" ");//如果查到有username，就更改标记if(parts[0].equals(username)){flag = true;}if (parts[0].equals(username) && parts[1].equals(password)) {return true; // 登录成功}}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return flag; // 登录失败}public Boolean register(String username, String password) {try (FileWriter writer = new FileWriter(FileContext.real + FileContext.now+"user.txt", true)) {writer.write(username + " " + password + "\n");checkUserDirectory();return true; // 注册成功} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}return false; // 注册失败}@Overridepublic String ls() throws Exception{File file = new File(FileContext.real + FileContext.now );StringBuilder returnFileStr = new StringBuilder();if(file.exists()){for (String f : file.list()) {returnFileStr.append(f).append(" ");}return returnFileStr.toString();}else{}return "";}@Overridepublic Boolean attrib(String filename, String permission) throws IOException {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if (file.exists()) {switch (permission) {//设置只读case "r":Files.setAttribute(file.toPath(), "dos:readonly", true);break;//设置读写case "w":Files.setAttribute(file.toPath(), "dos:writeonly", false);break;default:throw new IllegalArgumentException("Invalid permission value");}return true;} else {return false;}}private String getFilePermission(File file) {Path filePath = file.toPath();String permissionStr = "";//类型：文件or文件夹if(file.isDirectory()){ permissionStr +="d"; }else{ permissionStr +="-"; }//权限-读if (Files.isReadable(filePath)) { permissionStr +="r"; }else{ permissionStr+="-"; }//权限-写if (Files.isWritable(filePath)) { permissionStr +="w"; }else{ permissionStr+="-"; }//权限-执行if (Files.isExecutable(filePath)) { permissionStr +="x"; }else{ permissionStr+="-"; }return permissionStr;}public String ll() throws Exception {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now);StringBuilder returnFileStr = new StringBuilder();if (file.exists() && file.isDirectory()) {File[] files = file.listFiles();if (files != null) {returnFileStr.append("total ").append(files.length).append("\n");for (File f : files) {returnFileStr.append(formatFileDetails(f));}}}return returnFileStr.toString();}private String formatFileDetails(File f) {String filePermission = getFilePermission(f);String ownerName = "";try {ownerName = Files.getOwner(f.toPath()).getName();} catch (IOException e) {ownerName = "N/A";}long fileSize = f.length();String formattedSize = String.valueOf(fileSize);if (f.isDirectory()) {formattedSize = getFolderSize(f)+"";} else if (fileSize > 999) {formattedSize = String.format("%.1f%s", fileSize / 1024.0, "K");}String creationTime = formatCreationTime(f.toPath());String contentType = "";if(f.isDirectory()){contentType = "<DIR>";}else if(f.isFile()){contentType = "<FILE>";}String relativePath = f.getPath().length() > 30 ? "..." + f.getPath().substring(f.getPath().length() - 27) : f.getPath();return String.format("%-10s\t%-15s\t%-2s\t%s\t%-2s\t%s\n", filePermission, ownerName, formattedSize, creationTime, contentType, relativePath);}//获取文件大小private long getFolderSize(File folder) {long length = 0;File[] files = folder.listFiles();if (files != null) {for (File file : files) {if (file.isFile()) {length += file.length();} else {length += getFolderSize(file);}}}return length;}private String formatCreationTime(Path path) {try {BasicFileAttributes attributes = Files.readAttributes(path, BasicFileAttributes.class);FileTime creationTime = attributes.creationTime();SimpleDateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("MMM dd HH:mm",Locale.ENGLISH);return dateFormat.format(new Date(creationTime.toMillis()));} catch (IOException e) {return "N/A";}}public String cd2(String arg) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + arg);if("..".equals(arg)){file.getParent().replace(FileContext.real,"");}else if(file.exists() && file.isDirectory()){FileContext.now = FileContext.now + arg;}else{System.out.println("cd: "+arg+": No such file or directory");}return FileContext.now;}@Overridepublic String cd(String arg) {if ("../".equals(arg)) {File parentDir = new File(FileContext.real + FileContext.now).getParentFile();if (parentDir != null) {FileContext.now = parentDir.getPath().substring(FileContext.real.length());} else {System.out.println("cd: " + arg + ": No such file or directory");}}else if("/".equals(arg)){FileContext.now = "/";}else if("".equals(arg.trim())){FileContext.now = "";} else {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + arg);if (file.exists() && file.isDirectory()) {FileContext.now = FileContext.now + arg;} else {System.out.println("cd: " + arg + ": No such file or directory");}}return FileContext.now;}@Overridepublic Boolean cp(String filename, String newFilename) throws IOException {File srcFile = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);File destFile = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + newFilename);
// 如果源文件不存在if(!srcFile.exists()){throw new RuntimeException("找不到源文件");}
// 如果目标文件不存在if(!destFile.exists()){destFile.mkdirs();}
// 如果源文件是文件if(srcFile.isFile()){
// 如果目标文件是文件if(destFile.isFile()){Files.copy(srcFile.toPath(),destFile.toPath());}// 如果目标文件是文件夹else if(destFile.isDirectory()){File newFile = new File(destFile,srcFile.getName());Files.copy(srcFile.toPath(),newFile.toPath());}}
// 如果源文件是文件夹else if(srcFile.isDirectory()){if(destFile.isFile()){throw new RuntimeException("源文件是文件夹，目标文件是文件，无法进行复制");}else if(destFile.isDirectory()){File fs[] = srcFile.listFiles();for(File f:fs){File newFile = new File(destFile,f.getName());
// 如果子级文件是文件夹，则递归if(f.isDirectory()){cp(f.getAbsolutePath(),newFile.getAbsolutePath());}if(f.isFile()){Files.copy(f.toPath(),newFile.toPath());}}}}return true;}@Overridepublic Boolean mv(String filename, String newFilename) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if(file.exists()){file.renameTo(new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + newFilename));file.delete();}else{return false;}return true;}@Overridepublic Boolean mk(String filename) throws IOException {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if(!file.exists()){file.createNewFile();}return true;}@Overridepublic Boolean rm(String filename) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if(file.exists()){file.delete();}else{return false;}return true;}@Overridepublic Boolean rmdir(String filename) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if (file.exists()) {if (file.isDirectory()) {return deleteDirectory(file);} else {return file.delete();}} else {return false;}}private boolean deleteDirectory(File directory) {File[] files = directory.listFiles();if (files != null) {for (File file : files) {if (file.isDirectory()) {deleteDirectory(file); // 递归删除子目录} else {file.delete();}}}return directory.delete(); // 删除当前目录}@Overridepublic Boolean mkdir(String filename) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if(!file.exists()){file.mkdirs();}return true;}@Overridepublic String cat(String filename) throws IOException {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);if(file.exists()){StringBuilder content = new StringBuilder();try (BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(file))) {String line;while ((line = reader.readLine()) != null) {content.append(line);content.append(System.lineSeparator());}}return content.toString();}return null;}// write函数@Overridepublic Boolean write(Integer mode,String filename, String content) {content = content +"\n";File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);//0--追加，1--覆盖if(mode == 0){try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(file,true))) {writer.write(content);return true;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();return false;}}else if(mode == 1){try (BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new FileWriter(file))) {writer.write(content);return true;} catch (IOException e) {e.printStackTrace();return false;}}return false;}@Overridepublic String open(String algorithmId,String filename) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);//要申请的大小long totalSpace = 0;//申请的大小if(file.isDirectory()){totalSpace = getFolderSize(file);}else{totalSpace = file.length();}Hole hole = new Hole(file.getAbsolutePath().hashCode(), (int) file.length());holeLinkedList.add(hole);//1--首次适应算法if("-ff".equals(algorithmId)){memory = partition.FF(memory, (int) totalSpace);//2--最佳适应算法}else if("-zj".equals(algorithmId)){memory = partition.ZJ(memory,(int) totalSpace);//3--最坏适应算法}else if("-zh".equals(algorithmId)){memory = partition.ZH(memory,(int) totalSpace);}String showThrds = partition.showThrds(memory);String showMemory = partition.showMemory(memory);return showThrds+"\n"+showMemory;}@Overridepublic String close(Integer thrdId) {memory = memory.releaseMemory(thrdId);String showThrds = partition.showThrds(memory);String showMemory = partition.showMemory(memory);return showThrds+"\n"+showMemory;}@Overridepublic String head(String filename, Integer n) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);StringBuilder result = new StringBuilder();if(file.exists()){try {FileReader fr = new FileReader(file);BufferedReader bf = new BufferedReader(fr);// 读取文件的前n行内容String line;int count = 0;while ((line = bf.readLine()) != null && count < n) {result.append(line).append("\n");count++;}bf.close();fr.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}return result.toString();}@Overridepublic String tail(String filename, Integer n) {File file = new File(FileContext.real + FileContext.now + File.separatorChar + filename);String result = "";if(file.exists()){try {FileReader fr = new FileReader(file);BufferedReader bf = new BufferedReader(fr);// 读取文件的所有行List<String> lines = new ArrayList<>();String line;while ((line = bf.readLine()) != null) {lines.add(line);}bf.close();fr.close();// 输出倒数第n行到最后一行的内容for (int i = Math.max(0, lines.size() - n); i < lines.size(); i++) {result += lines.get(i) + "\n";}} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}return result;}@Overridepublic String help(String command) {if(command.equals("cd")){return "cd directory1:进入名为directory1的文件夹中";}else if(command.equals("ls")){return "ls:列出该目录下所有文件名称";}else if(command.equals("ll")){return "ll:列出该目录下所有文件详细信息";}else if(command.equals("cp")){return "cp filename1 filename2:把filename1文件复制成filename2文件";}else if(command.equals("mv")){return "mv filename1 filename2:把filename1修改名称、移动为filename2";}else if(command.equals("mkdir")){return "mkdir directory1:创建名为directory1的文件夹";}else if(command.equals("mk")){return "mk filename1:创建名为filename1的文件";}else if(command.equals("rmdir")){return "rmdir directory1:删除名为directory1的文件夹";}else if(command.equals("rm")){return "rm filename1:删除名为filename1的文件";}else if(command.equals("cat")){return "cat filename1:展示filename1文件里的内容";}else if(command.equals("head")){return "head filename1 n:展示filename1文件里前n行的内容";}else if(command.equals("tail")){return "tail filename1 n:展示filename1文件里后n行的内容";}else if(command.equals("attrib")){return "attrib filename1 r:修改filename1文件为只读\n"+"attrib filename1 w:修改filename1文件为读写";}else if(command.equals("write")){return "write filename1 context:把context写入文件filename1";}else if(command.equals("open")){return "open -ff filename1:打开文件f到内存中(最先适应存储分配算法)"+"open -zj filename1:打开文件f到内存中(最佳适应存储分配算法)"+"open -zh filename1:打开文件f到内存中(最坏适应存储分配算法)";}else if(command.equals("close")){return "close 进程id:关闭内存中进程号为id的进程";}return "这里是help方法";}@Overridepublic String help(){String returnTxt ="-----------------------------------------------------\n"+" 功能目录 \n"+"-----------------------------------------------------\n"+"【cd f\t进入文件夹f中】\n"+"【ls\t展示当前目录下文件名】\n"+"【ll\t展示当前目录下文件物理地址】\n"+"【cp f1 f2\t复制文件夹f1变成f2】\n"+"【mv f1 f2\t移动文件夹f1变成f2】\n"+"【mkdir f\t创建文件夹f】\n"+"【mk f\t创建文件f】\n"+"【rmdir f\t删除文件夹f】\n"+"【rm f\t删除文件f】\n"+"【cat f\t查看文件f的内容】\n"+"【attrib f r\t修改文件f的权限为只读】\n"+"【attrib f w\t修改文件f的权限为读写】\n"+"【write -a f context\t把context内容写入文件f(追加)】\n"+"【write -c f context\t把context内容写入文件f(覆盖)】\n"+"【head f n\t读取文件f的前n行内容】\n"+"【tail f n\t读取文件f的后n行内容】\n"+"【open -ff f\t打开文件f到内存中(最先适应存储分配算法)】\n"+"【open -zj f\t打开文件f到内存中(最佳适应存储分配算法)】\n"+"【open -zh f\t打开文件f到内存中(最坏适应存储分配算法)】\n"+"【close i\t释放内存中第i个线程】\n"+"【clear\t清除屏幕】\n"+"【exit\t退出系统】\n"+"-----------------------------------------------------\n";return returnTxt;}}2.LinuxTerminalGUI.java
package com.ly;import com.ly.context.FileContext;
import com.ly.service.FileManagerService;
import com.ly.service.FileManagerServiceImpl;
import javafx.application.Application;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.control.TextArea;
import javafx.scene.input.KeyCode;
import javafx.scene.input.KeyEvent;
import javafx.scene.layout.StackPane;
import javafx.scene.paint.Color;
import javafx.stage.Stage;
import lombok.SneakyThrows;public class LinuxTerminalGUI extends Application {FileManagerService fileManagerService;private TextArea textArea;private String lastCommand = "";private String username;private String password,password2;private int lineIdx = 0;//命令private String cmd;@Overridepublic void start(Stage primaryStage) throws Exception{primaryStage.setTitle("struggilr@"+System.getenv().get("COMPUTERNAME")+"~");primaryStage.setWidth(1250);primaryStage.setHeight(650);fileManagerService = new FileManagerServiceImpl();textArea = new TextArea();textArea.setStyle("-fx-control-inner-background:#000000; -fx-text-fill: #FFFFFF; -fx-font-size: 18;");// 监听文本区域的键盘按键事件textArea.setOnKeyPressed(this::handleKeyPressed);//模拟按下 Enter 键，从而触发 LoginF 方法LoginF(new KeyEvent(KeyEvent.KEY_PRESSED, "", "", KeyCode.ENTER, false, false, false, false));//检查用户目录，不存在就创建一下。fileManagerService.checkUserDirectory();// 创建一个栈面板，并将文本区域添加到栈面板中StackPane root = new StackPane();root.getChildren().add(textArea);Scene scene = new Scene(root, Color.BLACK);primaryStage.setScene(scene);primaryStage.show();}@SneakyThrowsprivate void handleKeyPressed(KeyEvent event) {//1--检查按下的键是否为字母键、数字键或空格键if (event.getCode().isLetterKey() || event.getCode().isDigitKey() || event.getCode().isWhitespaceKey()) {// 如果光标位置在命令行提示符后面，则禁止输入if (textArea.getCaretPosition() < textArea.getText().lastIndexOf("$ ") + 2) {event.consume(); // 禁止在命令行中输入}//2--检查按下的键是否为回车键} else if (event.getCode() == KeyCode.ENTER) {// 如果光标位置在命令行提示符后面或者在提示符上，则禁止换行if (textArea.getCaretPosition() <= textArea.getText().lastIndexOf("$ ") + 2) {event.consume(); // 禁止在命令行中换行} else {// 在文本区域末尾添加新的命令提示符并保存最后一条命令
// textArea.appendText("\n$ ");textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());lastCommand = textArea.getText();}} //3--检查按下的键是否为退格键else if (event.getCode() == KeyCode.BACK_SPACE && textArea.getCaretPosition() <= textArea.getText().lastIndexOf("$ ") + 2) {event.consume(); // 禁止删除上一行命令}else if (event.getCode() == KeyCode.BACK_SPACE) {// 如果光标位置在 "login as: " 之后，则正常处理退格键if (textArea.getCaretPosition() > textArea.getText().indexOf("login as: ") + "login as: ".length()) {// 允许删除光标位置之前的字符return;}// 如果光标位置在 "login as: " 之前，则禁止删除textArea.positionCaret(textArea.getText().indexOf("login as: ") + "login as: ".length()); // 设置光标位置在 "login as: " 之后event.consume(); // 禁止删除 "login as: " 之前的文本}if (event.getCode() == KeyCode.ENTER) {// 阻止默认的回车键行为event.consume();// 获取 "login as:" 后面换行之前的字符串String inputCommand = textArea.getText();lineIdx = textArea.getParagraphs().size();System.out.println("【lineIdx："+lineIdx+"】");if(lineIdx==1&&inputCommand.startsWith("login as: ")){username = inputCommand.substring("login as: ".length());FileContext.user = username;// 在文本区域末尾添加新的命令提示符并保存最后一条命令textArea.insertText(textArea.getLength(), "\nlogin password: ");}else if(lineIdx==2&&getLineText(inputCommand,lineIdx).startsWith("login password: ")){password = getLineText(inputCommand,lineIdx).substring("login password: ".length());if(fileManagerService.login(username,password)){textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\ncheck password: ");}}else if(lineIdx==3&&getLineText(inputCommand,lineIdx).startsWith("check password: ")){password2 = getLineText(inputCommand,lineIdx).substring("check password: ".length());if(password2.equals(password)){Boolean registerStatus = fileManagerService.register(username, password);if(registerStatus){textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n两次输入密码不一致！check password: ");}}else{if(inputCommand.length()>0&&lineIdx>0){cmd = getLineText(inputCommand,lineIdx).substring(command().length());}else{cmd = "";}String[] args = cmd.split(" ");if(cmd == null || "".equals(cmd)){textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(args.length>1 && "--help".equals(args[1])){String helpTxt = fileManagerService.help(args[0]);textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+helpTxt);textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("cd")){if(args.length>1){textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+fileManagerService.cd(args[1]));}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("cd"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if("ls".equals(cmd)){textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+fileManagerService.ls());textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if("ll".equals(cmd)){textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+fileManagerService.ll());textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("cp")){if(args.length>2){fileManagerService.cp(args[1],args[2]);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("cp"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("mv")){if(args.length>2){fileManagerService.mv(args[1],args[2]);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("mv"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("mkdir")){if(args.length>1){fileManagerService.mkdir(args[1]);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("mkdir"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("mk")){if(args.length>1){fileManagerService.mk(args[1]);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("mk"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("rmdir")){Boolean rmdirStatus = false;if(args.length>1) {rmdirStatus = fileManagerService.rmdir(args[1]);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("rmdir"));}System.out.println(rmdirStatus?"删除文件夹成功":"删除文件夹失败");textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("rm")){Boolean rmStatus = false;if(args.length>1) {rmStatus = fileManagerService.rm(args[1]);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("rm"));}System.out.println(rmStatus?"删除文件成功":"删除文件失败");textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("cat")){String catRst = "";if(args.length>1) {catRst = fileManagerService.cat(args[1]);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("cat"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+catRst);textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("head")){String headTxt = "";if(args.length>2){int n = Integer.parseInt(args[2]);headTxt = fileManagerService.head(args[1], n);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("head"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+headTxt);textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("tail")){String tailTxt = "";if(args.length>2){int n = Integer.parseInt(args[2]);tailTxt = fileManagerService.tail(args[1], n);}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("tail"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+tailTxt);textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("attrib")){fileManagerService.attrib(args[1],args[2]);textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("write")){if(args.length>3){if("-a".equals(args[1])){fileManagerService.write(0,args[2],args[3]);}else if("-c".equals(args[1])){fileManagerService.write(1,args[2],args[3]);}}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("write"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("open")){if(args.length>2){textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+fileManagerService.open(args[1],args[2]));}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("open"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("close")){if(args.length>1){Integer thrdId = Integer.parseInt(args[1]);textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+fileManagerService.close(thrdId));}else{textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+missOpeErrMsg("close"));}textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("help")){textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+fileManagerService.help());textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}else if(cmd.startsWith("exit")){System.exit(0);}else if(cmd.startsWith("clear")){textArea.setText(command());textArea.positionCaret(textArea.getText().length());event.consume();}else{// 在文本区域末尾添加新的命令提示符并保存最后一条命令textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+cmd+": command not found");textArea.insertText(textArea.getLength(), "\n"+command());}}// 检查用户输入的命令是否为 "exit"，如果是则退出程序if (inputCommand.trim().equalsIgnoreCase("exit")) {System.exit(0); // 退出程序}}}public void LoginF(KeyEvent event){// 设置文本的同时，把光标设置到末尾textArea.appendText("login as: ");textArea.positionCaret(textArea.getText().length());event.consume();}//获取一行的输入（lineIdx从1开始）public String getLineText(String text, int lineIdx) {if (lineIdx < 1) {return "err"; // 行索引必须从1开始}String[] lines = text.split("\n");if (lineIdx > lines.length) {return "err"; // 行索引超出范围}return lines[lineIdx - 1]; // 返回指定行的内容}private String command(){return FileContext.user+"@"+System.getenv().get("COMPUTERNAME")+":"+fileManagerService.getNowPath()+"$ ";}private String missOpeErrMsg(String operandStr){return operandStr+": missing operand\nTry '"+operandStr+" --help' for more information";}public static void main(String[] args) {launch(args);}
}【测试结果】
【设计总结】
这个学期末的16-18周，一共是有1个大作业，2个课设，对我而言就相当于3个课设，其中，操作系统课设是我耗时最久完成的一个，共计用时两天两夜。
说实话写的挺崩溃的，一开始想内卷一下，所以就选择了用JavaGUI来复刻Linux终端，做出来黑框框还行，挺好做的，但真要写成linux那种的一样，可就有点麻烦了。除了得考虑每次换行的行首都是用户id和主机名，还得考虑光标位置在textArea的最后，以及不能让用户删除$ 之前的内容。由于我并没有系统学习过JavaGUI，所以前期屡屡碰壁，先是自己写了个lineIdx，用自增的方式来记录textArea中行数，结果发现报了好多错，找了好久才发现，呀，有内置函数直接或切换行数。所以就很顺利的把bug解决掉了。
第二个难点是我做完所有开发之后再开始做的附加题，这就导致我要改的代码量巨大无比，同时，还得高度专注，尽可能规避掉因为小错误导致的bug。再加上上学期学的东西基本都还给老师了，所以都还得重新学，从理清楚逻辑，到代码实现，还是有那么一丢丢难度的。
第三个难点本来不应该是登录注册的，但因为我凌晨写的时候逻辑有点乱套了，导致删删改改写了将近3个小时才完成。用户的账号密码用明文存储在txt里了，这种解决方案我是不很满意的，如果真认真写，除了加密以外，还可以加上转json操作、3次输密码机会的操作等等。另外还应该对登录失败的各种情况做判断，但实在没精力写了，这一块的工作就放掉了。
最后一个难点就是写文档了。还是有点小懒，没有在开发过程中就写好文档的习惯，于是，现在是早上7点，连续通了两天宵的我还在这码字，不过早上过去答个辩应该就能溜了吧，真得睡觉了。
总而言之，这次的操作系统课设还是非常有意思的，这也是我第一次独立完成操作系统的开发，虽然难点有好几个，但也基本是逐个攻破了。搜了很多资料，发现全网貌似没人做过类似的JavaGUI仿Linux终端，一方面觉得自己挺厉害的，还真让我做出来了，另一方面也知道，作为练习使用尚可，但真在实战中开发操作系统，用Java开发是绝对不行的，这也是我目前存在的问题之一，掌握的语言数量太少，没法灵活根据需求调节。
最后，感谢这10天里坚持不懈写了3个课设的自己，感觉自己进步非常大，也感谢老师的指导，期待大四还能有您的课！
