使用python完成操作系统实验 文件管理通过初始化操作建立一个模拟外存空间的虚拟磁盘文件，在该文件中保存目录和文件内容。创建该文件时应创建初始的根目录内容、文件分配表。根目录实为一特殊文件，其开始内容为空，大小为一个块。 2、文件目录项（可以采用FCB格式）应包括类型（目录 or文件）、创建日期、大小、第一个磁盘块块号。 3、显示命令提示符“$”，并根据输入命令完成相应的文件操作：创建目录、删除目录、创建文件、删除文件

，显示目录、进入目录、返回上级目录、读取文件、写入文件、退出系统。

以下是一个简单的 Python 实现：

import datetime

# 定义常量
BLOCK_SIZE = 512     # 块大小
DISK_SIZE = 1024*1024*100  # 磁盘大小，100MB
ROOT_DIR_BLOCK_NUM = 0     # 根目录块号
DIR_ENTRY_SIZE = 64    # 目录项大小，64字节
MAX_FILE_SIZE = 1024*1024   # 最大文件大小，1MB

# 初始化磁盘文件
disk_file = open('virtual_disk', 'wb')
disk_file.seek(DISK_SIZE-1)
disk_file.write(b'\x00')
disk_file.close()

# 初始化根目录块
root_dir_block = bytearray(BLOCK_SIZE)
dir_entry = bytearray(DIR_ENTRY_SIZE)
dir_entry[0] = 1     # 类型为目录，1代表目录，0代表文件
dir_entry[1:9] = bytes(datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d'), 'utf-8')    # 创建日期
dir_entry[9:13] = int.to_bytes(0, 4, 'little')     # 大小为0
dir_entry[13:17] = int.to_bytes(ROOT_DIR_BLOCK_NUM, 4, 'little')   # 第一个磁盘块块号
root_dir_block[0:DIR_ENTRY_SIZE] = dir_entry
disk_file = open('virtual_disk', 'rb+')
disk_file.seek(ROOT_DIR_BLOCK_NUM*BLOCK_SIZE)
disk_file.write(root_dir_block)

# 初始化文件分配表
fat = [-1] * (DISK_SIZE // BLOCK_SIZE)
fat[ROOT_DIR_BLOCK_NUM] = 0

# 显示命令提示符
current_dir_block_num = ROOT_DIR_BLOCK_NUM
while True:
    command = input('$ ')
    if command.startswith('mkdir '):
        # 创建目录
        dir_name = command[6:]
        dir_entry = bytearray(DIR_ENTRY_SIZE)
        dir_entry[0] = 1     # 类型为目录
        dir_entry[1:9] = bytes(datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d'), 'utf-8')    # 创建日期
        dir_entry[9:13] = int.to_bytes(0, 4, 'little')     # 大小为0
        # 查找空闲块
        for i in range(len(fat)):
            if fat[i] == -1:
                fat[i] = 0
                dir_entry[13:17] = int.to_bytes(i, 4, 'little')   # 第一个磁盘块块号
                break
        else:
            print('磁盘已满，无法创建目录')
            continue
        # 写入目录项到当前目录块
        current_dir_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
        current_dir_block[current_dir_block.find(b'\x00'):current_dir_block.find(b'\x00')+DIR_ENTRY_SIZE] = dir_entry
        disk_file.seek(current_dir_block_num*BLOCK_SIZE)
        disk_file.write(current_dir_block)
    elif command.startswith('rmdir '):
        # 删除目录
        dir_name = command[6:]
        current_dir_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
        dir_entry = current_dir_block[current_dir_block.find(bytes(dir_name, 'utf-8')):current_dir_block.find(bytes(dir_name, 'utf-8'))+DIR_ENTRY_SIZE]
        if not dir_entry:
            print('目录不存在')
            continue
        if dir_entry[0] != 1:
            print('不是目录')
            continue
        if dir_entry[9:13] != int.to_bytes(0, 4, 'little'):
            print('目录不为空')
            continue
        fat[int.from_bytes(dir_entry[13:17], 'little')] = -1
        current_dir_block[current_dir_block.find(bytes(dir_name, 'utf-8')):current_dir_block.find(bytes(dir_name, 'utf-8'))+DIR_ENTRY_SIZE] = b'\x00'*DIR_ENTRY_SIZE
        disk_file.seek(current_dir_block_num*BLOCK_SIZE)
        disk_file.write(current_dir_block)
    elif command.startswith('touch '):
        # 创建文件
        file_name = command[6:]
        file_entry = bytearray(DIR_ENTRY_SIZE)
        file_entry[0] = 0     # 类型为文件
        file_entry[1:9] = bytes(datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d'), 'utf-8')    # 创建日期
        file_entry[9:13] = int.to_bytes(0, 4, 'little')     # 大小为0
        # 查找空闲块
        for i in range(len(fat)):
            if fat[i] == -1:
                fat[i] = 0
                file_entry[13:17] = int.to_bytes(i, 4, 'little')   # 第一个磁盘块块号
                break
        else:
            print('磁盘已满，无法创建文件')
            continue
        # 写入目录项到当前目录块
        current_dir_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
        current_dir_block[current_dir_block.find(b'\x00'):current_dir_block.find(b'\x00')+DIR_ENTRY_SIZE] = file_entry
        disk_file.seek(current_dir_block_num*BLOCK_SIZE)
        disk_file.write(current_dir_block)
    elif command.startswith('rm '):
        # 删除文件
        file_name = command[3:]
        current_dir_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
        file_entry = current_dir_block[current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8')):current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8'))+DIR_ENTRY_SIZE]
        if not file_entry:
            print('文件不存在')
            continue
        if file_entry[0] != 0:
            print('不是文件')
            continue
        fat[int.from_bytes(file_entry[13:17], 'little')] = -1
        current_dir_block[current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8')):current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8'))+DIR_ENTRY_SIZE] = b'\x00'*DIR_ENTRY_SIZE
        disk_file.seek(current_dir_block_num*BLOCK_SIZE)
        disk_file.write(current_dir_block)
    elif command == 'ls':
        # 显示目录内容
        current_dir_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
        for i in range(0, BLOCK_SIZE, DIR_ENTRY_SIZE):
            dir_entry = current_dir_block[i:i+DIR_ENTRY_SIZE]
            if dir_entry[0] == 0:
                print('F', dir_entry[1:9].decode(), int.from_bytes(dir_entry[9:13], 'little'))
            elif dir_entry[0] == 1:
                print('D', dir_entry[1:9].decode())
    elif command.startswith('cd '):
        # 进入目录
        dir_name = command[3:]
        current_dir_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
        dir_entry = current_dir_block[current_dir_block.find(bytes(dir_name, 'utf-8')):current_dir_block.find(bytes(dir_name, 'utf-8'))+DIR_ENTRY_SIZE]
        if not dir_entry:
            print('目录不存在')
            continue
        if dir_entry[0] != 1:
            print('不是目录')
            continue
        current_dir_block_num = int.from_bytes(dir_entry[13:17], 'little')
    elif command == 'cd..':
        # 返回上级目录
        if current_dir_block_num == ROOT_DIR_BLOCK_NUM:
            print('已经是根目录')
            continue
        current_dir_block_num = ROOT_DIR_BLOCK_NUM
    elif command.startswith('cat '):
        # 读取文件
        file_name = command[4:]
        current_dir_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
        file_entry = current_dir_block[current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8')):current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8'))+DIR_ENTRY_SIZE]
        if not file_entry:
            print('文件不存在')
            continue
        if file_entry[0] != 0:
            print('不是文件')
            continue
        file_block_num = int.from_bytes(file_entry[13:17], 'little')
        file_size = int.from_bytes(file_entry[9:13], 'little')
        file_content = bytearray()
        while file_block_num != -1:
            file_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
            file_content += file_block
            file_block_num = fat[file_block_num]
        print(file_content[:file_size].decode())
    elif command.startswith('echo '):
        # 写入文件
        file_name, content = command[5:].split('>')
        file_name = file_name.strip()
        content = content.strip()
        current_dir_block = disk_file.read(BLOCK_SIZE)
        file_entry = current_dir_block[current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8')):current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8'))+DIR_ENTRY_SIZE]
        if not file_entry:
            print('文件不存在')
            continue
        if file_entry[0] != 0:
            print('不是文件')
            continue
        file_block_num = int.from_bytes(file_entry[13:17], 'little')
        if len(content) > MAX_FILE_SIZE:
            print('文件太大')
            continue
        i = 0
        while file_block_num != -1 and i < len(content):
            file_block = bytearray(BLOCK_SIZE)
            file_block[:len(content[i:i+BLOCK_SIZE])] = bytes(content[i:i+BLOCK_SIZE], 'utf-8')
            disk_file.seek(file_block_num*BLOCK_SIZE)
            disk_file.write(file_block)
            fat[file_block_num] = 0
            file_block_num = fat[file_block_num]
            i += BLOCK_SIZE
        if i < len(content):
            # 分配新块
            new_block_num = -1
            for i in range(len(fat)):
                if fat[i] == -1:
                    fat[i] = 0
                    new_block_num = i
                    break
            else:
                print('磁盘已满，无法写入文件')
                continue
            # 写入文件内容
            j = 0
            while j < len(content[i:i+BLOCK_SIZE]):
                file_block = bytearray(BLOCK_SIZE)
                file_block[:len(content[i+j:i+j+BLOCK_SIZE])] = bytes(content[i+j:i+j+BLOCK_SIZE], 'utf-8')
                disk_file.seek(new_block_num*BLOCK_SIZE)
                disk_file.write(file_block)
                fat[new_block_num] = 0
                new_block_num = fat[new_block_num]
                j += BLOCK_SIZE
            # 更新文件目录项
            file_entry[9:13] = int.to_bytes(i+j, 4, 'little')
            file_entry[13:17] = int.to_bytes(new_block_num, 4, 'little')
            current_dir_block[current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8')):current_dir_block.find(bytes(file_name, 'utf-8'))+DIR_ENTRY_SIZE] = file_entry
            disk_file.seek(current_dir_block_num*BLOCK_SIZE)
            disk_file.write(current_dir_block)
    elif command == 'exit':
        # 退出系统
        break
    else:
        print('无效命令')

需要注意的是，这只是一个简单的实现，还有很多细节需要处理。比如，如果目录和文件名中包含空格怎么办？如果目录不止一个块怎么处理？如果文件大小超过一个块怎么处理？如果磁盘已满怎么处理？等等。