操作系統(tǒng)課程作業(yè)實現(xiàn)shell

1、操作系統(tǒng)課程設(shè)計實驗報告實驗六 簡單shell班級： 07111301 學(xué)號： 1120131743 姓名： 談?wù)啄?學(xué)號： 1120131767 姓名： 徐欣廷 學(xué)號： 1120131746 姓名： 楊知水 學(xué)號： 1120131766 姓名： 杜田野 一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實現(xiàn)一個簡單的shell命令解釋器，加深對Windows系統(tǒng)調(diào)用的理解，同時了解管道命令的設(shè)計實現(xiàn)機制。二、實驗內(nèi)容在Windows平臺上實現(xiàn)Linux的某些命令: 展開指定目錄：myls dir 文件查看和連接：mycat -n file1 file2 顯示文檔的開頭：myhead number filename 排序：my

2、sort file1 file2 統(tǒng)計可執(zhí)行文件執(zhí)行時間：mytime program1.exe 復(fù)制文件：mycp a b 自定義出錯提示命令：mysl分別對應(yīng)于Linux系統(tǒng)中的ls cat head sort time cp sl命令，在具體設(shè)計實現(xiàn)的時候用法做了簡化。其中，mycat、myhead和mysort為三條管道命令，例如：mysort file1.txt file2.txt | myhead 6 | mycat -n三、程序設(shè)計與實現(xiàn)1、程序中使用的結(jié)構(gòu)體(1) 處理輸入命令字符串的自定義結(jié)構(gòu)體CMD，定義如下struct CMD int cmdposi10;/記錄每條管道命

3、令在命令字符串中是第幾個字符串int lastcmdposi; /最后一條命令是第幾條命令int subcmdparameter10;/每條管道命令所帶的參數(shù)個數(shù)char* subcmd1010;/記錄命令行中的每一個字符串cmd;對于輸入命令：mysort file1.txt file2.txt | myhead 6 | mycat n字符串的位置： 0 1 2 3 4 5 6 7 8cmdposi: cmdposi0=0 cmdposi1=4 cmdposi2=7subcmd0: mysort file1.txt file2.txtsubcmdsubcmd1: myhead 6subcmd

4、2: mycat n(2) 創(chuàng)建進程時，PROCESS_INFORMATION結(jié)構(gòu)返回有關(guān)新進程及其主線程的信息。其結(jié)構(gòu)定義如下:typedef struct _PROCESS_INFORMATION HANDLE hProcess;/新創(chuàng)建進程的句柄 HANDLE hThread;/新創(chuàng)建進程的主線程的句柄 DWORD dwProcessId;/新創(chuàng)建進程的標識 DWORD dwThreadId;/新創(chuàng)建進程的主線程的標識 PROCESS_INFORMATION, *LPPROCESS_INFORMATION;(3) 獲取系統(tǒng)時間時，使用到SYSTEMTIME結(jié)構(gòu)體，其定義如下：typede

5、f struct _SYSTEMTIME WORD wYear;/年WORD wMonth;/月WORD wDayOfWeek;/星期WORD wDay;/天WORD wHour;/小時WORD wMinute;/分鐘WORD wSecond;/秒WORD wMilliseconds;/毫秒 SYSTEMTIME, *PSYSTEMTIME;(4) 在調(diào)用函數(shù)FindFirstFile、FindNextFile時，將找到的文件的信息存儲在win32_FIND_DATA結(jié)構(gòu)體中。typedef struct _WIN32_FIND_DATA DWORD dwFileAttributes;/文件屬

6、性 FILETIME ftCreationTime;/文件創(chuàng)建時間 FILETIME ftLastAccessTime;/文件最后一次訪問時間 FILETIME ftLastWriteTime;/文件最后一次修改時間 DWORD nFileSizeHigh;/文件長度高32位 DWORD nFileSizeLow;/文件長度低32位 DWORD dwReserved0;/系統(tǒng)保留 DWORD dwReserved1;/系統(tǒng)保留 TCHAR cFileNameMAX_PATH;/長文件名 TCHAR cAlternateFileName14;/8.3格式文件名 WIN32_FIND_DATA,

7、*PWIN32_FIND_DATA, *LPWIN32_FIND_DATA;(5) FILETIME結(jié)構(gòu)體用來記錄文件時間，該結(jié)構(gòu)是表示100納秒間隔數(shù)為64位值從1601年一月1日。typedef struct _FILETIME DWORD dwLowDateTime;/低32位 DWORD dwHighDateTime;/高32位 FILETIME, *PFILETIME, *LPFILETIME;2、使用的主要Windows API(1) CreateNamedPipe()函數(shù)作用：創(chuàng)建命名管道調(diào)用格式：HANDLE WINAPI CreateNamedPipe(LPCTSTR lpN

8、ame,/管道名稱DWORD dwOpenMode,/管道打開方式DWORD dwPipeMode,/管道數(shù)據(jù)組織方式DWORD nMaxInstances,/管道最大實例量DWORD nOutBufferSize,/輸出緩沖區(qū)長度DWORD nInBufferSize,/輸入緩沖區(qū)長度DWORD nDefaultTimeOut,/默認等待時間LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes/安全屬性);說明：調(diào)用成功返回管道的句柄，失敗返回?zé)o效句柄值。(2) ConnectNamedPipe()函數(shù)作用：管道創(chuàng)建者與客戶進行連接調(diào)用格式：BOOL WINA

9、PI ConnectNamedPipe(HANDLE hNamedPipe,/命名管道的句柄LPOVERLAPPED lpOverlapped/重疊屬性);說明：如果lpOverlapped為NULL，那么，若管道已經(jīng)連接，就返回TRUE，若發(fā)生錯誤，或者管道已經(jīng)連接，就返回0；如果lpOverlapped有效，就返回零。(3) WaitNamedPipe()函數(shù)作用：客戶等候與管道創(chuàng)建者建立連接調(diào)用格式：BOOL WINAPI WaitNamedPipe(LPCTSTR lpNamedPipeName,/將要連接的管道名稱DWORD nTimeOut/等待時間，以秒為單位);說明：當(dāng)管道創(chuàng)建

10、者已調(diào)用ConnectNamePipe()函數(shù)等待與一個客戶連接時，該函數(shù)成功返回非0，如果失敗，或者管道不存在，則返回0。(4) DisconnectNamedPipe()函數(shù)作用：管道創(chuàng)建者斷開與一個客戶連接的命名管道調(diào)用格式：BOOL WINAPI DisconnectNamedPipe(_In_ HANDLE hNamedPipe);說明：hNamedPipe為要斷開管道的句柄，非0表示成功，0表示失敗。(5)其他的一些API已經(jīng)在之前的四個實驗中詳細介紹過，故在此不做贅述。有CreateProcess()、WaitForSingleObject()、GetSystemTime()、F

11、indFirstFile()、FindNextFile()、CreateFile()、ReadFile()、WriteFile()、GetFileTime()、SetFileTime()、CreateDirectory()等。四、實驗結(jié)果及分析1、實驗結(jié)果圖一 雙管道命令如上圖一所示，首先顯示file1.txt和file2.txt的內(nèi)容，myhead命令取前3行輸出，mysort命令則是將那3行內(nèi)容排序后再輸出，接著mycat命令最后加上行標再次輸出。圖二 單管道命令如上圖二所示，首先顯示file1.txt和file2.txt的內(nèi)容，mysort命令將其排序后輸出，接著myhead命令取其前3

12、行輸出。圖三 mytime命令、myls命令如上圖三所示，mytime命令可以計算可執(zhí)行程序的執(zhí)行時間，myls命令可以展開指定目錄，并顯示文件名稱、創(chuàng)建時間、修改時間和文件大小。圖四 mycp命令如上圖四所示，mycp命令其實就是實驗五的任務(wù)，在將其收錄進我們shell中。圖五 mysl命令如上圖五所示，在Linux系統(tǒng)中，ls命令是很常用的，所以程序員一旦不小心敲錯了，誤寫成sl也是情有可原的，這時Linux的terminal會顯示一輛跑動的小火車，以此提示程序員。上述mysl命令的設(shè)計也是基于此，這也使得我們的shell變得生動有趣。2、實驗分析(1)UNIX系統(tǒng)進程之間的通信方式簡介以

13、及對比管道通信：管道通信允許進程之間按照FIFO方式進行傳輸數(shù)據(jù)，一些進程用write命令向管道寫入數(shù)據(jù)，另一些進程用read命令從管道中讀數(shù)據(jù)，且彼此之間同步執(zhí)行，管道通信是進程使用文件系統(tǒng)中文件進行的，只要通信的雙方基本同步，可認為這個文件是無限大的。無名管道是一個臨時文件，當(dāng)文件被關(guān)閉后，文件就不復(fù)存在了，它是提供給同族進程之間使用的通信辦法。有名管道則是實現(xiàn)了無家族關(guān)系進程之間的通信，任何知道管道名字的進程都可以打開使用，有名管道文件一旦被創(chuàng)建后，磁盤上有一個對應(yīng)的目錄項和索引節(jié)點，它與普通文件類似，是通過路徑名存取的，只要這種文件不顯示刪除，它就永遠存在，只是文件長度為零。信號量：信

14、號量機制的功能是比較強的，它提供了信號量集合。這種機制是通過P、V操作原語實現(xiàn)的，每次只進行單位數(shù)據(jù)的交互，通信效率比較低。消息緩沖&共享內(nèi)存：采用消息緩沖和共享內(nèi)存區(qū)是，進程之間可以進行大批數(shù)據(jù)的交互。其中，信號量、消息緩沖和共享內(nèi)存區(qū)都屬于UNIX系統(tǒng)V的交互進程通信使用的資源，又成IPC資源。IPC屬雞的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在進程之間請求IPC資源（信號量、消息隊列和共享內(nèi)存區(qū)）(2)Windows對于管道通信的設(shè)計機制簡介Windows最大的特點是建立一個簡單的客戶機/服務(wù)器程序設(shè)計體系，在這個體系結(jié)構(gòu)中，在客戶機與服務(wù)器之間，數(shù)據(jù)既可以單向傳遞，也可雙向流動。對命令管道服務(wù)器和客戶機來說，兩者的

15、區(qū)別在于：服務(wù)器是唯一一個有權(quán)創(chuàng)建命名管道的進程，也只有它才能接受管道客戶機的連接請求。對一個客戶機應(yīng)用來說，它只能同一個現(xiàn)成的命名管道服務(wù)器建立連接。在客戶機應(yīng)用和服務(wù)器應(yīng)用之間，一旦建立好連接，兩個進程都能使用標準的Win32函數(shù)，在管道上進行數(shù)據(jù)的讀取與寫入。(3)客戶與服務(wù)器（管道創(chuàng)建者）之間使用管道通信的步驟：a.建立連接，服務(wù)端通過函數(shù)CreateNamedPipe()創(chuàng)建一個命名管道的示例并返回用于今后操作的句柄。客戶端通過調(diào)用WaitNamedPipe()使服務(wù)進程等待來自客戶的示例連接，如果在超時值變?yōu)?之前，有一個管道可以為連接使用，則WaitNamePipe()將返回TR

16、UE，并通過CreateFile()來呼叫服務(wù)端的連接。此時服務(wù)端將接受客戶端的連接請求，成功建立連接，服務(wù)端ConnectNamedPipe()返回TRUE，客戶端CreateFile()將返回一指向管道文件的句柄。b.通信實現(xiàn)，連接建立之后，客戶端與服務(wù)器使用得到的管道文件句柄通過調(diào)用WriteFile()和ReadFile()，彼此之間進行信息交換。c.連接終止，當(dāng)客戶端與服務(wù)端的通信結(jié)束，客戶端調(diào)用CloseHandle()斷開連接；而服務(wù)端接著調(diào)用DisconnectNamedPipe()。(4)實驗設(shè)計簡介對于管道命令，本shell中只有myhead、mycat、mysort這三個

17、管道命令。相互協(xié)作可以實現(xiàn)管道(當(dāng)然，這三個命令也可以單獨使用),就拿myhead來說，它的調(diào)用形式只有如下四種形式：* | myhead 3 | * myhead 3 file1.txt* | myhead 3myhead 3 file1.txt | *對于此，設(shè)置兩個標記 LeftMycatPipeFlag、LeftMysortPipeFlag 用來記錄myhead命令前面是否出現(xiàn)了管道，同時設(shè)置標記 islastcmd 來記錄 myhead 是否為最后一條子命令。這樣就可以通過這三個標志來分情況處理。具體設(shè)計實現(xiàn)見代碼：對于命令“mysort file1.txt | myhead 6 |

18、 mycat n”來說：LeftMycatPipeFlag = find_left_mycat_pipe();LeftMysortPipeFlag = find_left_mysort_pipe();int existence = LeftMycatPipeFlag | LeftMysortPipeFlag;/Judge the existence of left pipeif(existence=1 & islastcmd=0) /eg: mycat -n file1.txt | myhead 3 | mysort /get data from pipeif(LeftMycatPipeFla

19、g = 1)get_left_mycat_pipe();else if(LeftMysortPipeFlag = 1)get_left_mysort_pipe();/create pipe, place datacreate_myhead_pipe();else if(existence=0 & islastcmd=1) /eg: myhead 3 file1.txt/process data ,then printprocess_file_print();else if(existence=1 & islastcmd=1) /eg: mycat -n file1.txt | myhead 3

20、/get data from pipe,then printif(LeftMycatPipeFlag = 1)get_left_mycat_pipe();else if(LeftMysortPipeFlag = 1)get_left_mysort_pipe();else if(existence=0 & islastcmd=0) /eg: myhead 3 file1.txt | mycat -n /process data ,put into bufferprocess_file_into_buffer();/create pipe, place datacreate_myhead_pipe

21、();管道通信原理圖如下所示： (5)shell各部分說明- shell 主控程序 400行 - 對輸入的命令進行處理，為各個命令創(chuàng)建進程，運行結(jié)束時終止進程- myls 展開指定目錄 200行 -使用格式：myls dir參數(shù)說明：若dir不為“.”，則展開dir，否則展開當(dāng)前目錄，顯示文件創(chuàng)建時間、最后修改時間、大小等基本屬性- mycat 文本文件查看和連接 400行 -使用格式：mycat -n file1 file2 參數(shù)說明：由1開始對所有輸出的行數(shù)編號: -n- myhead 顯示文檔的開頭 300行 -使用格式：myhead number filename參數(shù)說明：number

22、為要顯示的行數(shù)- mysort 排序 300行 -使用格式：mysort file1 file2 參數(shù)說明：命令用于將所有文件內(nèi)容按第一列來排序(若第一列相同，則看第二列)- mycp 復(fù)制文件 150行 -使用格式：mycp sour_dir des_dir參數(shù)說明：sour_dir為源目錄，des_dir為新創(chuàng)建的目錄。- mytime 統(tǒng)計可執(zhí)行文件執(zhí)行時間 100行 -使用格式：mytime program1.exe參數(shù)說明：參數(shù)為一個可執(zhí)行文件- mysl 錯誤提示 400行 -使用格式：mysl說明：在Linux系統(tǒng)中，ls命令是很常用的，經(jīng)常會誤寫成sl，這時shell會顯示一輛

23、跑動的小火車，以此提示程序員。命令舉例：（1）mycat -n file1 | myhead 3 將文件 file1 的內(nèi)容加上行號后顯示前3行（2）myhead 3 file1 | mycat -n 將文件 file1 的內(nèi)容顯示前3行后加上行號（注：上述兩條命令的操作最終結(jié)果等價）（3）mysort file1 file2 | mycat -n | myhead 5 將 file1 和 file2 的內(nèi)容合并排序、加上行號、顯示前5行（4）mycat -n file1.txt 把file1.txt的內(nèi)容加行標后輸出（5）myhead 2 file2.txt 輸出file2.txt的前2行

24、（6）mysort file1.txt 把file1.txt的內(nèi)容排序后輸出（7）mytime program1.exe 顯示program1.exe的執(zhí)行時間（8）mycp a b 將文件夾a的內(nèi)容復(fù)制到文件夾b（9）myls . 展開當(dāng)前目錄（10）myls a 展開指定目錄a（11）mysl 顯示跑動的小火車五、實驗收獲與體會實驗代碼量達到了2300行，實現(xiàn)了簡單shell，基本達到了要求。不過由于時間關(guān)系實驗中還有很多缺陷和不足有待改進。談?wù)啄甑男牡皿w會：本次試驗中，我負責(zé)shell整體框架的設(shè)計以及myhead、mysort、mycat三條管道命令的實現(xiàn)。在實驗中，學(xué)習(xí)了很多關(guān)于UN

25、IX和Windows的管道設(shè)計機制相關(guān)知識。實驗中最大的挑戰(zhàn)莫過于對于管道命令的各個字符串的處理，為此我特地設(shè)計了CMD結(jié)構(gòu)體來分割管道命令，還有實驗中需要處理諸多函數(shù)，函數(shù)相互調(diào)用的時候，接口設(shè)計十分重要。光是某些單個命令的設(shè)計實現(xiàn)就需要400行的代碼量，可想而知，若是接口設(shè)計的不好，勢必會給后續(xù)工作帶來影響。尤其是對于命令所帶的參數(shù)的處理尤其麻煩，還有為每個命令創(chuàng)建進程的時候，szCmdline所帶的參數(shù)也是需要小心處理。本次實驗無疑極大地提升了我的項目動手能力，一個星期持續(xù)不斷的編程還是非常刺激的，這其中遇到的問題勝不勝數(shù)，比如說，服務(wù)器端創(chuàng)建pipe時，buffer緩沖區(qū)不能為空：若為空，則在創(chuàng)建pipe時調(diào)用的Writ