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SCUT 操作系统课程大作业
一个基于 C++ 实现的完整学术论文同行评审系统，采用客户端-服务器架构，支持多用户角色、并发访问、文件系统管理和快照备份。
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Client (客户端) │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ CLI 界面层 │ │ 会话管理层 │ │ 协议构建层 │ │
│ │ CLIInterface │ │SessionManager│ │CommandBuilder│ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ 网络通信层 │ │
│ │NetworkClient │ │
│ └──────────────┘ │
└─────────────────────────┬───────────────────────────────────────┘
│ TCP Socket (Port 8080)
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Server (服务器) │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ 协议解析层 │ │ 认证授权层 │ │ 业务逻辑层 │ │
│ │ CLIProtocol │ │Authenticator │ │ PaperService │ │
│ │ │ │PermissionChk │ │ BackupFlow │ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ 文件系统接口 │ │
│ │ FSProtocol │ │
│ └──────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ LRU 缓存层 │ │
│ │ LRUCache │ │
│ └──────────────┘ │
└─────────────────────────┬───────────────────────────────────────┘
│ 函数调用
↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ FileSystem (文件系统) │
│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ 磁盘管理层 │ │ Inode 层 │ │ 目录管理层 │ │
│ │ disk.cpp │ │ inode.cpp │ │directory.cpp │ │
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ 快照管理层 │ │
│ │ Snapshot │ │
│ └──────────────┘ │
│ ↓ │
│ ┌──────────────┐ │
│ │ 磁盘镜像文件 │ │
│ │ disk.img │ │
│ └──────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
| 功能模块 | 要求 | 实现状态 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 文件系统 | |||
| └ 超级块 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 包含块大小、inode 数量等元数据 |
| └ Inode 表 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 支持文件和目录，10 直接块 + 1 间接块 |
| └ 数据块区域 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 8069 个可用数据块（8MB 磁盘） |
| └ 空闲块位图 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 位图机制管理 inode 和数据块分配 |
| └ 多级目录 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 支持任意深度目录树 |
| └ 文件操作 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 创建、读写、删除、路径解析 |
| └ LRU 缓存 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 64 容量文件内容缓存，提供统计信息 |
| └ 快照备份 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | COW 快照，支持创建、列出、恢复 |
| 网络架构 | |||
| └ 客户端发起操作 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | Client 主动发送命令，Server 响应 |
| └ 服务器处理逻辑 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | Server 负责所有业务逻辑和文件系统管理 |
| └ 多客户端并发 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 多线程模型，每连接一线程 |
| └ 身份认证 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | Session Token 机制 |
| └ 权限控制 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 基于角色的权限检查（RBAC） |
| └ CLI 客户端 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 命令解析、协议构建、响应显示 |
| └ 清晰协议 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 文本协议，格式明确可扩展 |
| └ 客户端隔离 | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | Client 不访问本地文件系统 |
| 用户角色 | |||
| └ 作者（Author） | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 上传、修订、查看状态、下载评审 |
| └ 审稿人（Reviewer） | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 下载论文、提交评审、查看状态 |
| └ 编辑（Editor） | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 分配审稿人、查看状态、最终决策 |
| └ 管理员（Admin） | ✅ 必需 | ✅ 已实现 | 用户管理、备份管理、系统监控 |
| 功能 | 实现状态 | 说明 |
|---|---|---|
| 文件快照备份 | ✅ 已实现 | 基于 COW 机制的快照系统 |
| 自动评审人分配 | ❌ 未实现 | 当前需手动分配 |
| 项目要求 | 当前实现 | 符合度 | 说明 |
|---|---|---|---|
| SSH 通信 | TCP Socket | ⭐⭐⭐⭐☆ | 使用 TCP 替代 SSH，功能完整但无加密 |
| WebSocket (Server↔FS) | 函数调用 | ⭐⭐⭐⭐☆ | Server 与 FS 在同一进程，通过接口解耦 |
设计说明：
- TCP vs SSH：为简化实现，使用 TCP Socket 替代 SSH。协议清晰且功能完整，易于调试和扩展。
- 进程内调用 vs WebSocket：Server 与 FileSystem 在同一进程通过
FSProtocol接口通信，架构清晰，便于后续扩展为独立服务。
OS/
├── client/ # 客户端模块
│ ├── CMakeLists.txt # CMake 构建配置
│ ├── main.cpp # 客户端入口
│ ├── build.sh # 快速编译脚本
│ ├── include/ # 头文件
│ │ ├── cli/
│ │ │ └── CLIInterface.h # CLI 用户界面
│ │ ├── network/
│ │ │ └── NetworkClient.h # TCP 网络通信
│ │ ├── protocol/
│ │ │ ├── CommandBuilder.h # 命令构建器
│ │ │ └── ResponseParser.h # 响应解析器
│ │ └── session/
│ │ └── SessionManager.h # 会话管理（Token、角色）
│ ├── src/ # 源文件实现
│ │ ├── cli/
│ │ │ └── CLIInterface.cpp
│ │ ├── network/
│ │ │ └── NetworkClient.cpp
│ │ ├── protocol/
│ │ │ ├── CommandBuilder.cpp
│ │ │ └── ResponseParser.cpp
│ │ └── session/
│ │ └── SessionManager.cpp
│ ├── doc/ # 文档
│ │ ├── USAGE.md # 使用说明
│ │ └── IMPLEMENTATION_SUMMARY.md
│ └── test/
│ └── test_commands.txt # 测试命令集
│
├── server/ # 服务器模块
│ ├── CMakeLists.txt # CMake 构建配置
│ ├── main.cpp # 服务器入口（TCP 监听 + 多线程）
│ ├── include/ # 头文件
│ │ ├── auth/ # 认证授权
│ │ │ ├── Authenticator.h # 用户认证、Session 管理
│ │ │ ├── PermissionChecker.h # 权限检查
│ │ │ └── RolePolicy.h # 角色策略
│ │ ├── business/ # 业务逻辑
│ │ │ ├── PaperService.h # 论文审稿核心业务
│ │ │ ├── BackupFlow.h # 备份流程
│ │ │ └── ReviewFlow.h # 审核流程
│ │ ├── cache/ # 缓存
│ │ │ ├── LRUCache.h # LRU 缓存模板
│ │ │ └── CacheStatsProvider.h
│ │ ├── protocol/ # 协议层
│ │ │ ├── CLIProtocol.h # CLI 命令解析
│ │ │ ├── FSProtocol.h # 文件系统接口契约
│ │ │ ├── ProtocolFactory.h # 协议工厂
│ │ │ └── RealFileSystemAdapter.h
│ │ └── platform/
│ │ └── socket_compat.h # 跨平台 Socket 兼容层
│ ├── src/ # 源文件实现
│ │ ├── auth/
│ │ │ ├── Authenticator.cpp
│ │ │ ├── PermissionChecker.cpp
│ │ │ └── RolePolicy.cpp
│ │ ├── business/
│ │ │ ├── PaperService.cpp
│ │ │ ├── BackupFlow.cpp
│ │ │ └── ReviewFlow.cpp
│ │ ├── cache/
│ │ │ └── LRUCache.cpp
│ │ └── protocol/
│ │ ├── CLIProtocol.cpp
│ │ ├── FSProtocol.cpp # 内存版 FS + LRU 装饰器
│ │ ├── ProtocolFactory.cpp
│ │ └── RealFileSystemAdapter.cpp
│ └── test/
│ └── test_client.py # Python 测试客户端
│
├── filesystem/ # 文件系统模块
│ ├── include/ # 头文件
│ │ ├── disk.h # 磁盘操作、超级块、快照
│ │ ├── inode.h # Inode 结构、文件操作
│ │ ├── path.h # 路径解析
│ │ └── block_cache.h # 块级缓存（可选）
│ ├── src/ # 源文件
│ │ ├── disk.cpp # 磁盘管理、位图、快照
│ │ ├── inode.cpp # Inode 操作、文件读写
│ │ ├── directory.cpp # 目录操作
│ │ ├── path.cpp # 路径解析实现
│ │ ├── block_cache.cpp # 块缓存实现
│ │ └── makefile # 编译配置
│ ├── scripts/ # 工具脚本
│ │ ├── mkfs.cpp # 文件系统格式化工具
│ │ └── snapshot_tool.cpp # 快照管理工具
│ ├── test/ # 测试程序
│ │ ├── test_filesystem.cpp # 文件系统功能测试
│ │ ├── test_snapshot.cpp # 快照功能测试
│ │ └── test_block_cache.cpp # 缓存测试
│ ├── bin/ # 编译输出（运行时生成）
│ │ ├── mkfs
│ │ ├── test_filesystem
│ │ └── test_snapshot
│ └── disk/ # 磁盘镜像目录
│ └── disk.img # 8MB 磁盘镜像文件
│
├── Guide.md # 项目需求文档
├── README.md # 本文档
└── 项目实现分析报告.md # 实现分析报告
- 编译器：支持 C++11 的编译器（GCC 4.8+、Clang 3.4+、MSVC 2015+）
- 构建工具：CMake 3.10+（Client/Server）、Make（FileSystem）
- 操作系统：Linux、macOS、Windows
# 进入文件系统目录
cd filesystem/src
# 编译所有组件
make
# 创建磁盘镜像目录
mkdir -p ../disk
# 格式化文件系统
../bin/mkfs
# 运行测试（可选）
../bin/test_filesystem
../bin/test_snapshot预期输出：
文件系统格式化完成！
磁盘大小: 8 MB
块大小: 1 KB
总块数: 8192
可用数据块: 8069
根目录已创建（inode 0）
# 进入服务器目录
cd server
# 创建构建目录
mkdir build
cd build
# 配置 CMake
cmake ..
# 编译
make
# 启动服务器（默认端口 8080）
./server预期输出：
Application services initialized.
Server listening on port 8080...
新开一个终端：
# 进入客户端目录
cd client
# 创建构建目录
mkdir build
cd build
# 配置 CMake
cmake ..
# 编译
make
# 启动客户端（连接到 localhost:8080）
./client预期输出：
========================================
学术论文审稿系统 - 客户端
========================================
服务器地址: localhost:8080
输入 'help' 查看可用命令
输入 'exit' 退出程序
========================================
[未登录]$
在客户端中执行以下命令：
# 1. 管理员登录
login admin admin123
# 2. 查看帮助
help
# 3. 查看系统状态
system_status
# 4. 查看缓存统计
cache_stats
# 5. 列出所有用户
user_list
# 6. 登出
logout| 用户名 | 密码 | 角色 | 权限 |
|---|---|---|---|
admin |
admin123 |
管理员 | 用户管理、备份管理、系统监控 |
editor |
editor123 |
编辑 | 分配审稿人、最终决策、查看评审 |
reviewer |
reviewer123 |
审稿人 | 下载论文、提交评审 |
author |
author123 |
作者 | 上传论文、修订、查看状态 |
login <用户名> <密码> # 登录系统
logout # 登出
help # 显示可用命令
exit # 退出程序read <路径> # 读取文件
write <路径> <内容> # 写入文件
mkdir <路径> # 创建目录upload <论文ID> # 上传论文（会提示输入内容）
revise <论文ID> # 提交修订版本
status <论文ID> # 查看论文状态
reviews <论文ID> # 下载评审意见示例：
[author@AUTHOR]$ upload paper001
请输入论文内容(单独一行输入END结束):
Title: Deep Learning for Computer Vision
Abstract: This paper presents a novel approach...
Introduction: In recent years, deep learning...
END
OK: Paper uploaded.download <论文ID> # 下载论文
review <论文ID> # 提交评审意见（会提示输入）
status <论文ID> # 查看论文状态示例：
[reviewer@REVIEWER]$ download paper001
OK: Title: Deep Learning for Computer Vision...
[reviewer@REVIEWER]$ review paper001
请输入评审内容(单独一行输入END结束):
This paper is well-written and presents interesting results.
However, the experimental section needs more details.
Recommendation: Minor Revision
END
OK: Review submitted.assign <论文ID> <审稿人> # 分配审稿人
decide <论文ID> <决定> # 最终决定 (ACCEPT/REJECT)
status <论文ID> # 查看论文状态
reviews <论文ID> # 查看所有评审意见示例：
[editor@EDITOR]$ assign paper001 reviewer
OK: Reviewer assigned.
[editor@EDITOR]$ decide paper001 ACCEPT
OK: Decision recorded.# 用户管理
user_add <用户名> <密码> <角色> # 添加用户 (角色: ADMIN/EDITOR/REVIEWER/AUTHOR/GUEST)
user_del <用户名> # 删除用户
user_list # 列出所有用户
# 备份管理
backup_create <路径> [名称] # 创建快照备份
backup_list # 列出所有备份
backup_restore <名称> # 恢复备份
# 系统监控
system_status # 查看系统状态
cache_stats # 查看缓存统计（命中率、容量等）
cache_clear # 清空缓存示例：
[admin@ADMIN]$ user_add testuser pass123 AUTHOR
OK: User added.
[admin@ADMIN]$ backup_create / backup_20260102
OK: Backup created.
[admin@ADMIN]$ cache_stats
OK: hits=42 misses=15 size=30/64# 1. 作者上传论文
login author author123
upload paper001
# (输入论文内容，以 END 结束)
logout
# 2. 编辑分配审稿人
login editor editor123
assign paper001 reviewer
logout
# 3. 审稿人下载并评审
login reviewer reviewer123
download paper001
review paper001
# (输入评审意见，以 END 结束)
logout
# 4. 作者查看评审意见
login author author123
reviews paper001
logout
# 5. 作者提交修订版本
login author author123
revise paper001
# (输入修订内容，以 END 结束)
logout
# 6. 编辑做最终决定
login editor editor123
decide paper001 ACCEPT
logout# 1. 管理员登录
login admin admin123
# 2. 添加新用户
user_add newauthor pass456 AUTHOR
user_add newreviewer pass789 REVIEWER
# 3. 查看所有用户
user_list
# 4. 创建系统备份
backup_create / backup_before_maintenance
# 5. 查看系统状态
system_status
cache_stats
# 6. 如需恢复备份
backup_list
backup_restore backup_before_maintenance
# 7. 登出
logout- Client 三层架构：CLI 界面 → 会话管理 → 网络通信，职责清晰
- Server 模块化设计：协议解析 → 认证授权 → 业务逻辑 → 文件系统，易于扩展
- FileSystem 独立性：完全独立的文件系统实现，可单独测试和使用
- 零拷贝创建：创建快照只复制元数据，不复制数据块
- 引用计数管理：每个数据块维护引用计数，支持多快照共享
- 自动 COW：写入时自动检测引用计数，必要时复制块
- 空间高效：多个快照共享未修改的数据块
- 文件内容缓存：Server 层缓存常用文件内容（容量 64）
- 命中率统计：提供 hits、misses、size、capacity 统计
- 线程安全：多线程访问时自动加锁保护
- 可观测性：支持
CACHE_STATS和CACHE_CLEAR命令
- 多线程模型：Server 为每个客户端连接创建独立线程
- 线程分离：使用
detach()模式，支持多客户端同时访问 - 互斥保护：关键数据结构使用
std::mutex保护
- 四种角色：Admin、Editor、Reviewer、Author
- 命令级权限：每个命令检查角色权限
- 资源级权限：论文操作检查所有者权限
- Session Token：安全的会话管理机制
- 文本协议：易于调试和扩展
- 统一格式：
COMMAND <token> <args...> - 明确响应：
OK:或ERROR:开头 - 可扩展性：新增命令无需修改协议框架
- 启动检查：文件系统启动时自动检查一致性
- 自动修复：检测到不一致时自动修复
- 引用计数验证：验证引用计数与位图的一致性
- 原子操作：关键操作保证原子性