操作系统课程设计

需求分析

日志模块: 收集记录各级别下系统运行信息，包括事件、运行情况、错误。
输出模块: 实现类printf式的格式输出。
设备管理模块: 能够模拟虚拟设备并实现与系统的交互接口。
文件系统管理: 实现对文件系统的操作、维护。
图形化窗口: 实现对系统状态的捕捉和图形化展示。

实现设计

日志模块

C++实现，模仿Linux系统日志模块。
采用debug、info、notice、warning、error、critical、alert、emergency 8个级别日志等级对日志优先级进行分类。
设计系统日志api，创建日志守护进程来获取系统及应用的日志信息。
通过日志旋转来实现对日志的单个日志的定期清理，通过脚本来实现对所有日志的定期清理。
通过脚本实现对日志的定期备份从而在需要时实现日志回滚。

输出模块

C++实现，模仿printf函数。
提供不同的格式说明符，包括一些输出需要的系统变量。
实现输出到定义接口的功能。

设备管理模块

C++实现。
通过类实现一个设备管理器，提供设备注册机制和设备间通信
使用文件来模拟设备的数据储存。

文件系统管理

C++实现，模仿Linux文件系统管理。
实现对文件的CRUD，文件的权限、所有权等功能。

图形化窗口

C++实现，使用QT框架。
通过与其他模块的接口捕捉系统状态，并对系统状态图形化展示。

实现

日志&输出

类详解

LogLevel类描述

LogLevel 类定义了日志系统中使用的日志级别。这个类使用枚举类型表示不同的日志级别，从而方便日志的分类和过滤。每个级别代表了日志信息的重要性和紧急程度，从调试信息到致命错误。

属性

Level：枚举类型，定义了各种可能的日志级别。包括：

UNKNOW：未知级别，通常用于初始化或错误处理。
DEBUG：调试级别，用于详细的系统调试信息。
INFO：信息级别，用于常规的操作信息。
WARN：警告级别，表示可能的问题，但不一定影响系统运行。
ERROR：错误级别，表示发生了影响操作的问题。
FATAL：致命级别，表示严重的问题，可能导致系统停止运行。

方法

ToString(Level level)

静态方法，用于将日志级别枚举转换为相应的字符串表示。这个方法通过一个switch语句实现，对应每个枚举值返回一个固定的字符串。例如，DEBUG级别返回"DEBUG"字符串，这对于日志输出和调试非常有用。

FromString(const std::string& str)

静态方法，用于将字符串转换回相应的日志级别枚举。此方法通常通过一系列的 if 或 else if 语句实现，对比输入字符串与各日志级别名称，返回匹配的枚举值。如果没有找到匹配项，通常返回 UNKNOW。

使用方法

// 转换日志级别为字符串
std::string levelStr = LogLevel::ToString(LogLevel::DEBUG);
std::cout << "Log level is: " << levelStr << std::endl;

// 将字符串转换回日志级别
LogLevel::Level level = LogLevel::FromString("DEBUG");
std::cout << "Converted log level from string is: " << static_cast<int>(level) << std::endl;

```  

##### LogEvent类描述  

LogEvent 类是一个封装了单个日志事件的详细信息的类，用于在日志系统中表示一个具体的日志记录点。这个类包含了日志发生时的各种环境信息，如时间、文件名、行号以及线程和协程的标识，使得每条日志能够提供足够的上下文信息。

###### 属性  

- logger：关联的 Logger 对象的智能指针，表示产生此日志事件的日志器。
- level：日志级别，由 LogLevel::Level 枚举表示。
- file：生成日志事件的源文件名。
- line：生成日志事件的行号。
- elapse：程序启动后到日志事件创建时的毫秒数。
- threadId：生成日志的线程ID。
- fiberId：生成日志的协程ID（如果使用协程）。
- time：日志事件生成的时间戳。
- threadName：生成日志的线程名称。
- ss：一个字符串流，用于收集日志信息。  

###### 方法  

- LogEvent  

> 构造函数，初始化所有的日志相关信息。它接收与属性对应的参数，并将它们存储在类的成员变量中。

- getFile()

> 返回日志事件相关的文件名。

- getLine()

> 返回产生日志事件的代码行号。  

- getTime()

> 返回日志事件的时间戳。

- getThreadId()

> 返回生成日志的线程ID。  

- getFiberId()

> 返回生成日志的协程ID。

- getElapsedTime()

> 返回自程序启动以来到日志事件发生时的时间差（毫秒）。

- getThreadName()

> 返回生成日志的线程名称。

- getLogger()

> 返回产生此日志事件的 Logger 对象的智能指针。

- getSS()

> 返回用于收集日志内容的字符串流。
- format(const char* fmt, ...)

> 格式化输出日志信息，可以接受格式化参数并写入到 ss。  

###### 使用方法  

```cpp  
Logger::ptr logger = std::make_shared<Logger>("example");
LogEvent::ptr event(new LogEvent(
    logger, LogLevel::INFO, __FILE__, __LINE__, 0, 
    GetCurrentThreadId(), GetCurrentFiberId(), time(nullptr), "main_thread"
));
event->getSS() << "This is a log message";
logger->log(LogLevel::INFO, event);
```  

##### LogEventWrap类描述  

LogEventWrap 类是一个用于自动管理日志事件生命周期的辅助类，主要功能是在其生命周期结束时自动完成日志的记录。该类封装了一个 LogEvent 对象，并在析构时确保日志事件被正确处理，这样可以减少在函数中显式调用日志记录的需要。  

###### 属性  

- m_event：LogEvent 对象的智能指针，存储实际的日志事件。

###### 方法  

- LogEventWrap(LogEvent::ptr e)

> 构造函数，接收一个 LogEvent 的智能指针，并将其存储在成员变量 m_event 中。这个构造函数允许 LogEventWrap 对象在创建时就持有一个日志事件的引用。  

- ~LogEventWrap()

> 析构函数，在 LogEventWrap 对象生命周期结束时被调用。它的主要作用是自动触发日志事件的处理，如将其内容写入到日志系统。这样设计可以确保即使在复杂的函数调用中也不会丢失日志记录。  

- getEvent() const

> 返回存储在 m_event 中的 LogEvent 对象的智能指针。这允许外部访问封装的日志事件，可能用于进一步处理或查询。

- getSS()

> 返回与 m_event 关联的字符串流引用。这个方法通常用于向日志事件中添加具体的日志信息，例如通过 getSS() << "Some log message"; 的方式。  

###### 使用方法  

```cpp  
Logger::ptr logger = std::make_shared<Logger>("example");
LogEvent::ptr event(new LogEvent(logger, LogLevel::INFO, __FILE__, __LINE__, 0, GetCurrentThreadId(), 0, time(nullptr), "main_thread"));
{
    LogEventWrap event_wrap(event);
    event_wrap.getSS() << "This is a log message.";
}