模拟UNIX风格多用户文件系统

一个基于 Python 和 PyQt6 的高仿真度、图形化、多用户、多级目录文件系统模拟器，专为操作系统课程设计而生。

本项目不仅实现了标准文件系统的核心功能，还提供了一个现代、直观的图形用户界面，使用户能够轻松地与模拟的文件系统进行交互。它深度模拟了UNIX文件系统的内部机制，包括i节点、数据块管理、持久化存储和用户会话等，是学习和理解操作系统文件系统原理的绝佳实践。

✨ 功能亮点

🎨 现代化的图形界面 (GUI)

• ✅ 直观的文件管理器布局：左侧目录树、右侧文件列表，类似Windows资源管理器
• ✅ 文件类型图标区分：文件、目录、符号链接显示不同图标
• ✅ 地址栏分段导航：支持点击路径段快速跳转
• ✅ 多选和批量操作：支持多选文件/目录，右键菜单批量删除、重命名等
• ✅ 实时状态栏：显示当前选中文件信息和目录统计
• ✅ 系统监控面板：实时显示磁盘使用率、缓存统计、性能指标等

🔧 完整的文件系统核心功能

• ✅ 多级目录结构：支持任意深度的目录嵌套
• ✅ 文件操作：创建 (create)、删除 (rm)、重命名 (rename)
• ✅ 目录操作：创建 (mkdir)、递归删除 (rm -r)、重命名 (rename)
• ✅ 链接文件：支持创建和解析符号链接 (ln -s) 和硬链接 (ln)
• ✅ 文件I/O：完整的打开 (open)、读 (read)、写 (write)、关闭 (close) 工作流
• ✅ 可排序视图：文件列表支持按名称、大小、类型和修改日期进行升/降序排序
• ✅ 内置文本编辑器：支持文本文件的创建、查看和修改

🔐 高级系统与用户管理

• ✅ 多用户支持：实现了用户登录 (login) 和注销 (logout) 功能
• ✅ 细粒度权限控制：基于UNIX权限模型，支持读/写/执行权限检查
• ✅ 权限分离：root 用户拥有特殊权限，如格式化磁盘和创建新用户
• ✅ 持久化存储：所有对文件系统的更改都会被保存到本地的 simulated_disk.img 文件中
• ✅ 系统级操作：支持对整个模拟磁盘进行格式化 (format)

🛡️ 高级安全与性能特性

• ✅ 文件加密：支持对文件进行AES加密保护
• ✅ 文件压缩：支持gzip压缩和解压缩
• ✅ 缓存管理：LRU缓存机制，提高文件系统性能
• ✅ 错误处理：完善的异常捕获和错误日志记录
• ✅ 系统监控：实时监控磁盘使用、缓存命中率、操作统计等

🛠️ 技术栈

• 核心语言: Python 3.8+
• 图形界面: PyQt6
• 数据序列化: Pickle (用于持久化)
• 加密: cryptography (用于文件加密)
• 压缩: gzip, zlib (用于文件压缩)

🚀 快速开始

1. 先决条件

• 确保您的系统中已安装 Python 3.8 或更高版本
• 推荐使用虚拟环境

2. 安装依赖

pip install PyQt6 cryptography

3. 运行程序

克隆或下载本项目后，在项目根目录下运行 main.py：

python main.py

程序将启动并显示登录窗口。

📖 使用指南

1. 登录系统

• 程序启动后，使用默认账户登录
• 管理员账户：用户名 root，密码 root
• 普通账户：用户名 guest，密码 guest

2. 主界面操作

导航功能

• 左侧目录树：点击目录快速导航
• 地址栏：输入路径或点击路径段跳转
• 导航按钮：后退、前进、上级目录、刷新

文件操作

• 新建：右键菜单或工具栏按钮创建文件/目录
• 删除：选中文件/目录后按Delete键或右键删除
• 重命名：右键菜单重命名
• 属性：右键菜单查看详细属性信息

高级功能

• 硬链接：选中文件后创建硬链接
• 加密：选中文件后设置加密密码
• 压缩：选中文件后设置压缩级别

3. 系统监控

点击工具栏的"系统监控"按钮，可以查看：

• 磁盘使用情况
• 缓存统计信息
• 性能指标
• 错误日志

🧠 核心概念模拟

本项目旨在深入模拟文件系统的核心设计：

磁盘与文件卷

通过 DiskManager 类在内存中模拟一个完整的文件卷，包含：

• 超级块：存储文件系统元数据
• 位图：管理i节点和数据块的分配状态
• i节点区：存储文件元数据
• 数据区：存储实际文件内容

i节点 (Inode)

每个文件、目录和符号链接都由一个唯一的 Inode 对象描述，包含：

• 元数据：大小、权限、所有者、时间戳
• 数据块指针：直接块、间接块、双间接块
• 特殊属性：加密状态、压缩状态等

目录结构

目录是一种特殊的文件，其数据块中存储的是 DirectoryEntry 列表，每个条目将文件名映射到一个i节点号，从而构建起整个文件系统的层级关系。

权限系统

实现了完整的UNIX权限模型：

• 所有者权限：读/写/执行
• 组权限：读/写/执行
• 其他用户权限：读/写/执行
• 特殊权限：SUID、SGID、Sticky bit

持久化

通过 PersistenceManager，整个 DiskManager 对象在程序关闭时被序列化并写入磁盘文件，实现了对模拟文件系统的"断电保护"。

🔮 最新优化内容

可视化优化

• ✅ 文件/目录/符号链接图标区分
• ✅ 地址栏分段导航功能
• ✅ 文件列表多选和右键菜单
• ✅ 实时状态栏信息显示
• ✅ 系统监控面板集成

功能完善

• ✅ 细粒度权限校验集成
• ✅ 批量操作支持
• ✅ 文件加密和压缩功能
• ✅ 缓存管理优化
• ✅ 错误处理完善

Bug修复

• ✅ 登录窗口用户体验优化
• ✅ 文本编辑器资源泄漏修复
• ✅ 文件操作后自动刷新
• ✅ 持久化异常处理
• ✅ 全局错误捕获

🔮 未来可改进方向

高级文件系统特性

• 实现间接寻址（单级、多级间接块）以支持大文件
• 增加用户组管理功能
• 实现更完整的权限系统（chmod、chown）
• 支持文件系统挂载和卸载

GUI 体验

• 增加文件/目录的拖拽移动和复制功能
• 支持文件预览功能
• 增加搜索和过滤功能
• 支持多标签页浏览

健壮性

• 引入日志或事务机制，保证文件系统操作的原子性
• 实现文件系统一致性检查（fsck）
• 支持增量备份和恢复
• 增加网络文件系统支持

📄 许可证

本项目采用 MIT License 授权。