基于qt5界面库的文件管理模拟系统
- 在内存中开辟一个空间作为文件存储器，在其上实现一个简单的文件系统
- 退出这个文件系统时，需要该文件系统的内容保存到磁盘上，以便下次可以将其恢复到内存中来
- 文件存储空间管理自选一种方法
- 空闲空间管理自选一种方法
- 文件目录采用多级目录结构，目录项目中应包含文件名、物理地址、长度等信息。
- 文件系统应提供如下操作：格式化、创建子目录、删除子目录、显示目录、更改当前目录、创建文件、打开文件、关闭文件、写文件、读文件、删除文件
- 开发环境：Windows 10 1809
- 开发语言：C++11
- 开发工具：QT Creator 4.9.0
- 开发框架：QT 5.12.2
一定程度上借鉴了以前的设计经验，并做出一些简化和改进
- 用户界面，即用户直接进行操作的图形窗口界面
- 文件操作，即用户可以进行的文件操作
- 数据操作接口，即实现上层文件操作的相关数据结构的操作接口
- 虚拟磁盘，即该文件系统开辟的内存空间，所有的数据操作都是基于该内存空间进行的
- 真实磁盘，关闭该文件系统时，创建一个真实文件，保存文件系统的数据到真实磁盘，以便下次打开可以恢复到内存中来
该文件系统实现了一定的封装性，即用户无法了解到文件操作层以下的实现，一方面简化了用户的操作，另一方面也保障了文件系统的稳定性。
整个文件系统有3个窗口：
- 主窗口
分为两个部分，一部分展示了当前目录的信息（文件/目录列表），另一部分展示了用户可以进行的文件操作 - 输入窗口
用于接受用户的输入（磁盘大小，文件/目录名） - 读文件/写文件窗口
用于给用户提供文件的读写操作
为了简化模拟，这里的块组（卷）相当于一个虚拟磁盘
class BlockGroup
{
public:
int disk_size; //磁盘大小
int block_num; //数据块数量
SuperBlock superblock; //超级块
GroupDescriptor groupdescriptor; //组描述符
QList<DataBlock*> DataBlockList; //数据块列表
QList<Inode*> InodeList; //索引结点列表
int current_inode_index; //当前目录
};这里的卷大小只包含了存储数据块的大小，即不包含存储文件控制块的大小
为了简化以及方便操作，用于记录该卷所分配到的数据块的数量
用于描述该卷中文件控制块FCB（索引结点inode）的信息
- FCB的数量
- 空闲索引的数量
struct SuperBlock{ //超级块
int inodeNUM;
int freeinodeNUM;
SuperBlock(int num = 2048, int free_num = 2048):inodeNUM(num), freeinodeNUM(free_num){}
};用于记录索引结点和数据块的空闲空间列表，这里采用位图的方式进行记录
- 数据块块位图
描述该卷中数据块的使用情况，True代表数据块空闲，False代表数据块已被占用 - FCB位图 描述该卷中FCB的使用情况，True代表FCB空闲，False代表FCB已被占用
struct GroupDescriptor{ //组描述符
bool* DataBlockBitArray;
bool* InodeBitArray;
};用于记录该卷所包含的所有数据块
- 数据块 一个数据块有一个固定长度的QString（相当于std::String），大小为4KB
struct DataBlock{ //数据块
QString data;
DataBlock(){
data.resize(2048);
for(int i = 0; i < 2048; i++){
data[i] = ' ';
}
}
};用于记录该卷所分配到的所有FCB项，FCB表的大小由超级块给出
- FCB项
- 文件类型
- 文件名
- 文件大小
- 创建时间
- 更新时间
- 所占数据块数量（文件类型为普通文件有效）
- 所占数据块索引表（文件类型为普通文件有效）
- 所包含的子文件FCB项数量（文件类型为目录文件有效）
- 所包含的子文件的FCB项索引（文件类型为目录文件有效）
- 父目录的FCB项的索引
enum FileType{
UNKNOWN, COMMON, DIRECTORY
};
struct Inode{ //索引结点
FileType file_type;
QString file_name;
int file_size;
QDateTime create_time;
QDateTime update_time;
int block_num;
QList<int> DataBlockVec;
int child_num;
QList<int> ChlidInodeVec;
int father_index;
Inode(){
file_name = "";
file_type = FileType::UNKNOWN;
block_num = 0;
child_num = 0;
father_index = -1;
file_size = 0;
create_time = QDateTime();
update_time = QDateTime();
DataBlockVec = QList<int>();
ChlidInodeVec = QList<int>();
}
};为了方便文件系统的管理实现，这里引入一个用于记录当前文件系统所处目录的FCB项的索引
虚拟磁盘的关键信息按照一定的格式储存在真实磁盘的disk.txt文件中，因为格式相对固定且每次打开文件系统都会从读取disk.txt文件来初始化虚拟磁盘，所以一旦修改了disk.txt文件中的数据，有可能导致文件系统打开出错。除非能恢复到正确的格式，否则只能删除disk.txt文件来使得文件系统可重新启动
文件/目录的创建时，文件系统通过在FCB位图中找到并分配一个空闲的FCB（索引结点）来记录这个文件的信息，如果没有找到空闲的FCB则会返回错误。文件创建并不分配数据块，只有在写入的时候才分配数据块。
bool BlockGroup::createFile(FileType filetype, QString filename) //创建文件/目录
{
if(superblock.freeinodeNUM == 0){
return false;
}
superblock.freeinodeNUM--;
int inode_index = FindFirstFreeInode();
if(inode_index == -1)
return false;
Inode *inode = InodeList[inode_index];
//修改目录项
inode->file_type = filetype;
inode->file_name = filename;
inode->create_time = QDateTime::currentDateTime();
inode->update_time = inode->create_time;
inode->father_index = current_inode_index;
groupdescriptor.InodeBitArray[inode_index] = false;
//修改父目录项
if(current_inode_index == -1){ //判断是否为根目录
return true;
}
Inode *father_inode = InodeList[current_inode_index];
father_inode->ChlidInodeVec.append(inode_index);
father_inode->child_num++;
father_inode->update_time = QDateTime::currentDateTime();
return true;
}在修改这个分配到的FCB时，也要修改该目录的FCB的信息。
文件/目录在删除时，需要分为两种不同的情况，删除文件和删除目录。
删除文件时，只需将该文件占用的FCB和数据块释放，即在FCB位图和数据块位图对应位置改为True便可。因为每次分配新的FCB和数据块都会覆盖写入，因此在删除时不必清除其中的内容。
删除目录时，如果该目录下存在子文件子目录，则需要递归地删除该目录下的文件，而且要注意避免重复删除修改父目录FCB
void BlockGroup::deleteFile(int inodeindex) //删除文件/目录
{
Inode *inode = InodeList[inodeindex];
//修改父目录项
int fatherindex = inode->father_index;
if(fatherindex == current_inode_index){ //避免重复删除
Inode *fatherinode = InodeList[fatherindex];
fatherinode->ChlidInodeVec.removeOne(inodeindex);
fatherinode->child_num--;
updateInode(fatherinode);
}
//删除该文件/目录
if(inode->file_type == FileType::COMMON){ //普通文件直接清除数据块
for(int i = 0; i < inode->block_num; i++){
groupdescriptor.DataBlockBitArray[inode->DataBlockVec[i]] = true;
}
}
else{
if(inode->child_num != 0){ //目录文件需要递归删除子目录
for(int i = 0; i < inode->child_num; i++){
deleteFile(inode->ChlidInodeVec[i]);
}
}
}
InodeClear(inode);
groupdescriptor.InodeBitArray[inodeindex] = true;
superblock.freeinodeNUM++;
}该删除算法按照深度优先遍历，自底向上地删除该目录下的所有子文件，最后再删除自身
该文件系统只提供单步目录的更改，即当前目录只能更改为其他有父/子关系的目录。当前目录的更改有两种情况，分别是进入下级目录和返回上级目录。
因为我在块组中记录了当前目录FCB的索引，所以更改目录只需更改当前目录FCB索引的值便可以实现当前目录的更改，而索引的值可以通过当前目录FCB中存储的子文件FCB索引和父目录FCB索引来获得。
文件的读取相对简单，只需根据该文件FCB中的数据块索引，获取对应的数据块，并将数据连接起来便可
QString BlockGroup::readFileFromVirtualDisk(int inodeindex) //从虚拟磁盘读文件
{
Inode *inode = InodeList[inodeindex];
QString content = "";
for(int i = 0; i < inode->block_num; i++){
DataBlock* datablock = DataBlockList[inode->DataBlockVec[i]];
QString temp = datablock->data;
content = content + temp;
}
return content;
}文件的写入相对复杂。
- 先遍历该文件已经占有的数据块，并覆盖写入数据
- 在遍历完成所占有数据块后，存在两种情况，数据块不足和数据块多余
- 对于数据块不足的情况，需要循环分配空闲的数据块直到所有数据写入完成
- 对于数据块多余的情况，需要将多余的数据块释放掉，即将其位图置为True
bool BlockGroup::writeFileToVirtualDisk(int inodeindex, QString content) //写文件到虚拟磁盘
{
Inode *inode = InodeList[inodeindex];
int in_point = 0; //文件字符串写指针
int blockcount = 0;
bool islack = true; //数据块缺少标记
for(; blockcount < inode->block_num; blockcount++){ //将现有的数据块重写入
DataBlock *datablock = DataBlockList[inode->DataBlockVec[blockcount]];
for(int j = 0;j < 2048; j++){
if(in_point < content.length()){
datablock->data[j] = content[in_point];
in_point++;
}else{
datablock->data[j] = ' ';
islack = false;
}
}
}
if(islack == true){ //数据块不足，需要开辟更多空间
while(in_point < content.length()){
int datablockindex = FindFirstFreeDataBlock();
if(datablockindex == -1){//空闲数据块不足
updateInode(inode);
return false;
}
DataBlock *datablock = DataBlockList[datablockindex];
for(int j = 0;j < 2048; j++){
if(in_point < content.length()){
datablock->data[j] = content[in_point];
in_point++;
}else{
datablock->data[j] = ' ';
}
}
inode->DataBlockVec.append(datablockindex);
inode->block_num++;
groupdescriptor.DataBlockBitArray[datablockindex] = false;
}
}else{ //数据块充足，判断是否存在多余数据块进行释放
int excessNum = inode->block_num - blockcount - 1;
for(int i = 0 ;i < excessNum; i++){
groupdescriptor.DataBlockBitArray[inode->DataBlockVec.takeLast()] = true;
inode->block_num--;
}
}
updateInode(inode);
return true;
}其他实现过程可以直接参考源文件，所有代码都有必要的注释。
在处理数据块内部碎片时，我使用了' '进行填充，也因为这个空格符，在下一次读取文件时会读取到若干个空格，写文件的时候就在这些空格后面写入，而无法接续上一次的末尾，而且会存在浪费空间的现象。
另外，文件无法记录写入文件时的字体和颜色，在下一次的读取文件时会自动转化为系统默认的字体和颜色。
因为该文件系统最小的空间单位为数据块，因此文件大小是由文件占用数据块的数量决定的，即数据块*4KB，而无法精确到文件实际大小。
React
Typescript
Django
Laravel
Facebook
Microsoft
Google
Alibaba
D3
Tencent