操作系统课程作业实现shell

1、操作系统课程设计实验报告实验六 简单shell班级： 07111301 学号： 1120131743 姓名： 谈兆年 学号： 1120131767 姓名： 徐欣廷 学号： 1120131746 姓名： 杨知水 学号： 1120131766 姓名： 杜田野 一、实验目的通过实现一个简单的shell命令解释器，加深对Windows系统调用的理解，同时了解管道命令的设计实现机制。二、实验内容在Windows平台上实现Linux的某些命令: 展开指定目录：myls dir 文件查看和连接：mycat -n file1 file2 显示文档的开头：myhead number filename 排序：my

2、sort file1 file2 统计可执行文件执行时间：mytime program1.exe 复制文件：mycp a b 自定义出错提示命令：mysl分别对应于Linux系统中的ls cat head sort time cp sl命令，在具体设计实现的时候用法做了简化。其中，mycat、myhead和mysort为三条管道命令，例如：mysort file1.txt file2.txt | myhead 6 | mycat -n三、程序设计与实现1、程序中使用的结构体(1) 处理输入命令字符串的自定义结构体CMD，定义如下struct CMD int cmdposi10;/记录每条管道命

3、令在命令字符串中是第几个字符串int lastcmdposi; /最后一条命令是第几条命令int subcmdparameter10;/每条管道命令所带的参数个数char* subcmd1010;/记录命令行中的每一个字符串cmd;对于输入命令：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) 创建进程时，PROCESS_INFORMATION结构返回有关新进程及其主线程的信息。其结构定义如下:typedef struct _PROCESS_INFORMATION HANDLE hProcess;/新创建进程的句柄 HANDLE hThread;/新创建进程的主线程的句柄 DWORD dwProcessId;/新创建进程的标识 DWORD dwThreadId;/新创建进程的主线程的标识 PROCESS_INFORMATION, *LPPROCESS_INFORMATION;(3) 获取系统时间时，使用到SYSTEMTIME结构体，其定义如下：typede

5、f struct _SYSTEMTIME WORD wYear;/年WORD wMonth;/月WORD wDayOfWeek;/星期WORD wDay;/天WORD wHour;/小时WORD wMinute;/分钟WORD wSecond;/秒WORD wMilliseconds;/毫秒 SYSTEMTIME, *PSYSTEMTIME;(4) 在调用函数FindFirstFile、FindNextFile时，将找到的文件的信息存储在win32_FIND_DATA结构体中。typedef struct _WIN32_FIND_DATA DWORD dwFileAttributes;/文件属

6、性 FILETIME ftCreationTime;/文件创建时间 FILETIME ftLastAccessTime;/文件最后一次访问时间 FILETIME ftLastWriteTime;/文件最后一次修改时间 DWORD nFileSizeHigh;/文件长度高32位 DWORD nFileSizeLow;/文件长度低32位 DWORD dwReserved0;/系统保留 DWORD dwReserved1;/系统保留 TCHAR cFileNameMAX_PATH;/长文件名 TCHAR cAlternateFileName14;/8.3格式文件名 WIN32_FIND_DATA,

7、*PWIN32_FIND_DATA, *LPWIN32_FIND_DATA;(5) FILETIME结构体用来记录文件时间，该结构是表示100纳秒间隔数为64位值从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()函数作用：创建命名管道调用格式：HANDLE WINAPI CreateNamedPipe(LPCTSTR lpN

8、ame,/管道名称DWORD dwOpenMode,/管道打开方式DWORD dwPipeMode,/管道数据组织方式DWORD nMaxInstances,/管道最大实例量DWORD nOutBufferSize,/输出缓冲区长度DWORD nInBufferSize,/输入缓冲区长度DWORD nDefaultTimeOut,/默认等待时间LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes/安全属性);说明：调用成功返回管道的句柄，失败返回无效句柄值。(2) ConnectNamedPipe()函数作用：管道创建者与客户进行连接调用格式：BOOL WINA

9、PI ConnectNamedPipe(HANDLE hNamedPipe,/命名管道的句柄LPOVERLAPPED lpOverlapped/重叠属性);说明：如果lpOverlapped为NULL，那么，若管道已经连接，就返回TRUE，若发生错误，或者管道已经连接，就返回0；如果lpOverlapped有效，就返回零。(3) WaitNamedPipe()函数作用：客户等候与管道创建者建立连接调用格式：BOOL WINAPI WaitNamedPipe(LPCTSTR lpNamedPipeName,/将要连接的管道名称DWORD nTimeOut/等待时间，以秒为单位);说明：当管道创建

10、者已调用ConnectNamePipe()函数等待与一个客户连接时，该函数成功返回非0，如果失败，或者管道不存在，则返回0。(4) DisconnectNamedPipe()函数作用：管道创建者断开与一个客户连接的命名管道调用格式：BOOL WINAPI DisconnectNamedPipe(_In_ HANDLE hNamedPipe);说明：hNamedPipe为要断开管道的句柄，非0表示成功，0表示失败。(5)其他的一些API已经在之前的四个实验中详细介绍过，故在此不做赘述。有CreateProcess()、WaitForSingleObject()、GetSystemTime()、F

11、indFirstFile()、FindNextFile()、CreateFile()、ReadFile()、WriteFile()、GetFileTime()、SetFileTime()、CreateDirectory()等。四、实验结果及分析1、实验结果图一 双管道命令如上图一所示，首先显示file1.txt和file2.txt的内容，myhead命令取前3行输出，mysort命令则是将那3行内容排序后再输出，接着mycat命令最后加上行标再次输出。图二 单管道命令如上图二所示，首先显示file1.txt和file2.txt的内容，mysort命令将其排序后输出，接着myhead命令取其前3

12、行输出。图三 mytime命令、myls命令如上图三所示，mytime命令可以计算可执行程序的执行时间，myls命令可以展开指定目录，并显示文件名称、创建时间、修改时间和文件大小。图四 mycp命令如上图四所示，mycp命令其实就是实验五的任务，在将其收录进我们shell中。图五 mysl命令如上图五所示，在Linux系统中，ls命令是很常用的，所以程序员一旦不小心敲错了，误写成sl也是情有可原的，这时Linux的terminal会显示一辆跑动的小火车，以此提示程序员。上述mysl命令的设计也是基于此，这也使得我们的shell变得生动有趣。2、实验分析(1)UNIX系统进程之间的通信方式简介以

13、及对比管道通信：管道通信允许进程之间按照FIFO方式进行传输数据，一些进程用write命令向管道写入数据，另一些进程用read命令从管道中读数据，且彼此之间同步执行，管道通信是进程使用文件系统中文件进行的，只要通信的双方基本同步，可认为这个文件是无限大的。无名管道是一个临时文件，当文件被关闭后，文件就不复存在了，它是提供给同族进程之间使用的通信办法。有名管道则是实现了无家族关系进程之间的通信，任何知道管道名字的进程都可以打开使用，有名管道文件一旦被创建后，磁盘上有一个对应的目录项和索引节点，它与普通文件类似，是通过路径名存取的，只要这种文件不显示删除，它就永远存在，只是文件长度为零。信号量：信

14、号量机制的功能是比较强的，它提供了信号量集合。这种机制是通过P、V操作原语实现的，每次只进行单位数据的交互，通信效率比较低。消息缓冲&共享内存：采用消息缓冲和共享内存区是，进程之间可以进行大批数据的交互。其中，信号量、消息缓冲和共享内存区都属于UNIX系统V的交互进程通信使用的资源，又成IPC资源。IPC属鸡的数据结构在进程之间请求IPC资源（信号量、消息队列和共享内存区）(2)Windows对于管道通信的设计机制简介Windows最大的特点是建立一个简单的客户机/服务器程序设计体系，在这个体系结构中，在客户机与服务器之间，数据既可以单向传递，也可双向流动。对命令管道服务器和客户机来说，两者的

15、区别在于：服务器是唯一一个有权创建命名管道的进程，也只有它才能接受管道客户机的连接请求。对一个客户机应用来说，它只能同一个现成的命名管道服务器建立连接。在客户机应用和服务器应用之间，一旦建立好连接，两个进程都能使用标准的Win32函数，在管道上进行数据的读取与写入。(3)客户与服务器（管道创建者）之间使用管道通信的步骤：a.建立连接，服务端通过函数CreateNamedPipe()创建一个命名管道的示例并返回用于今后操作的句柄。客户端通过调用WaitNamedPipe()使服务进程等待来自客户的示例连接，如果在超时值变为0之前，有一个管道可以为连接使用，则WaitNamePipe()将返回TR

16、UE，并通过CreateFile()来呼叫服务端的连接。此时服务端将接受客户端的连接请求，成功建立连接，服务端ConnectNamedPipe()返回TRUE，客户端CreateFile()将返回一指向管道文件的句柄。b.通信实现，连接建立之后，客户端与服务器使用得到的管道文件句柄通过调用WriteFile()和ReadFile()，彼此之间进行信息交换。c.连接终止，当客户端与服务端的通信结束，客户端调用CloseHandle()断开连接；而服务端接着调用DisconnectNamedPipe()。(4)实验设计简介对于管道命令，本shell中只有myhead、mycat、mysort这三个

17、管道命令。相互协作可以实现管道(当然，这三个命令也可以单独使用),就拿myhead来说，它的调用形式只有如下四种形式：* | myhead 3 | * myhead 3 file1.txt* | myhead 3myhead 3 file1.txt | *对于此，设置两个标记 LeftMycatPipeFlag、LeftMysortPipeFlag 用来记录myhead命令前面是否出现了管道，同时设置标记 islastcmd 来记录 myhead 是否为最后一条子命令。这样就可以通过这三个标志来分情况处理。具体设计实现见代码：对于命令“mysort file1.txt | myhead 6 |

18、 mycat n”来说：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、();管道通信原理图如下所示： (5)shell各部分说明- shell 主控程序 400行 - 对输入的命令进行处理，为各个命令创建进程，运行结束时终止进程- myls 展开指定目录 200行 -使用格式：myls dir参数说明：若dir不为“.”，则展开dir，否则展开当前目录，显示文件创建时间、最后修改时间、大小等基本属性- mycat 文本文件查看和连接 400行 -使用格式：mycat -n file1 file2 参数说明：由1开始对所有输出的行数编号: -n- myhead 显示文档的开头 300行 -使用格式：myhead number filename参数说明：number

22、为要显示的行数- mysort 排序 300行 -使用格式：mysort file1 file2 参数说明：命令用于将所有文件内容按第一列来排序(若第一列相同，则看第二列)- mycp 复制文件 150行 -使用格式：mycp sour_dir des_dir参数说明：sour_dir为源目录，des_dir为新创建的目录。- mytime 统计可执行文件执行时间 100行 -使用格式：mytime program1.exe参数说明：参数为一个可执行文件- mysl 错误提示 400行 -使用格式：mysl说明：在Linux系统中，ls命令是很常用的，经常会误写成sl，这时shell会显示一辆

23、跑动的小火车，以此提示程序员。命令举例：（1）mycat -n file1 | myhead 3 将文件 file1 的内容加上行号后显示前3行（2）myhead 3 file1 | mycat -n 将文件 file1 的内容显示前3行后加上行号（注：上述两条命令的操作最终结果等价）（3）mysort file1 file2 | mycat -n | myhead 5 将 file1 和 file2 的内容合并排序、加上行号、显示前5行（4）mycat -n file1.txt 把file1.txt的内容加行标后输出（5）myhead 2 file2.txt 输出file2.txt的前2行

24、（6）mysort file1.txt 把file1.txt的内容排序后输出（7）mytime program1.exe 显示program1.exe的执行时间（8）mycp a b 将文件夹a的内容复制到文件夹b（9）myls . 展开当前目录（10）myls a 展开指定目录a（11）mysl 显示跑动的小火车五、实验收获与体会实验代码量达到了2300行，实现了简单shell，基本达到了要求。不过由于时间关系实验中还有很多缺陷和不足有待改进。谈兆年的心得体会：本次试验中，我负责shell整体框架的设计以及myhead、mysort、mycat三条管道命令的实现。在实验中，学习了很多关于UN

25、IX和Windows的管道设计机制相关知识。实验中最大的挑战莫过于对于管道命令的各个字符串的处理，为此我特地设计了CMD结构体来分割管道命令，还有实验中需要处理诸多函数，函数相互调用的时候，接口设计十分重要。光是某些单个命令的设计实现就需要400行的代码量，可想而知，若是接口设计的不好，势必会给后续工作带来影响。尤其是对于命令所带的参数的处理尤其麻烦，还有为每个命令创建进程的时候，szCmdline所带的参数也是需要小心处理。本次实验无疑极大地提升了我的项目动手能力，一个星期持续不断的编程还是非常刺激的，这其中遇到的问题胜不胜数，比如说，服务器端创建pipe时，buffer缓冲区不能为空：若为空，则在创建pipe时调用的Writ