实验小组《OS操作系统实验一》----Shell解释程序实现文档.doc

北航计算机学院 OS操作系统实验一-Shell解释程序实现文档 32060624 OS实验小组OS操作系统实验一：Shell解释程序(YSH0)实现文档32060624 OS实验小组2019年1月6日星期日32060624 王 克（组长）32060518 杜可斌32060532 徐 瑞32060621 张 劲目录：1概述22YSH0功能与设计22.1程序形式22.2内部命令和外部命令22.3重定向和管道命令22.4特殊命令键32.5程序结构图33命令行分析器设计43.1功能43.2实现54命令解释执行的实现64.1使用到的系统调用64.2程序结构65程序源代码相关说明75.1文件说明75.2主要函数说明75.3主要数据结构说明76简易测试86.1编译运行测试86.2内部命令测试96.3外部命令测试96.4重定向和管道命令测试106.5测试总结107总结及感想107.132060624 王克107.232060518 杜可斌117.332060621 张劲117.432060532 徐瑞118附录118.1参考资料118.2源代码111 概述由于时间和能力的限制，这个的实验是参考实验教程上源代码及相关说明，但程序源代码的差异性在60%以上，从整体结构设计到具体的实现细节都有不同程度的改进和提高，但也可能带来一些BUG。通过对操作系统课程的学习，我们对Linux有了进一步更深入的认识，从它的使用到内核编译都有所了解。第一个实验是实现在Linux下实现一个Shell解释程序，所以我们将其命名为Linux Shell 0（表示一个最简单的Shell程序）。它是用户与系统内核沟通的中介，为用户使用操作系统的服务提供一个命令界面。用户在提示符下输入一个命令，Shell先解释后通过内核函数调用执行。2 YSH0功能与设计2.1 程序形式用户运行本程序，lsh0提供一个命令提示符lsh0#，程序一直等待用户输入命令，直到exit命令结束。2.2 内部命令和外部命令解释器首先支持一定的内部命令，实现特定的动作，它包括： exit:结束所有子程序并退出。 jobs：打印当前正在后台运行的作业和挂起的作业信息。本SHELL采用十分便于用户理解的格式。 fg %：把进程标识符为int的作业放到前台运行。如果这个作业已经暂停，就让它继续开始运行。并开始等待此前台进程执行完毕。 bg %：在后台执行进程标识符为int的已经挂起的进程。外部命令的形式是一系列分隔的字符串。第一个字符串为可执行程序的程序名，其余的参数。它必将位于环境变量所设置的某个路径中，如果不存在则表示命令错误。2.3 重定向和管道命令SHELL的命令大部分都是从标准输入信息并将输出信息送到标准输出。分别缩写为stdin和stdout。默认情况下，stdin为键盘，stdout为屏幕。但可使用和将输入和输出重定向到文件中，将信息存入一文件以便保存，而不送到屏幕。使用将信息从文件中输入。并且两者可以组合使用。SHELL也提供管道，利用管道可以将一个命令的输出作为另一个命令的输入来使用。这种方法比使用临时文件来连接两个命令要方便和高效的多。2.4 特殊命令键 Ctrl + Z：产生SIGTSTP信号，这个信号是让SHELL挂起在前台运行的作业。如果没有任何前台作业，则无效。 Ctrl + C：产生SIGNT信号，这个信号是让SHELL杀死前台运行的作业的进程。如果没有任何前台作业，则无效。2.5 程序结构图3 命令行分析器设计3.1 功能为Shell程序提供命令行的分析，并对信息进行分析存储，为解释执行做好准备。当用户在提示符后面输入命令时，输入的整行内容为一个“命令行字符串”。lsh0分析器的先将保存起来，直到它的作业执行结束。在执行一个命令行字符串时，lsh0也同时为其分配一个非负整数标识符，用来标识此作业的数据结构。当其作业执行完毕时，就删掉这个作业的整个数据结构。3.2 实现4 命令解释执行的实现4.1 使用到的系统调用pid_t for(void);int execv(const *file, char *const argv);void exit(int status);int wait(int *stat_loc);pid_t waitpid(pid_t pid; int *stat_loc, int options);int dup2(int fildes, int fides2);int pipe(int fides2);（详见教程上，不再赘述了）4.2 程序结构5 程序源代码相关说明5.1 文件说明文件名说明1lsh0.c程序主要源代码文件2lsh0_profile环境变量配置文件3readme.txtShell程序说明4makefileMakeFile文件，使用make命令编译5Lsh0Linux下编译得到的执行文件5.2 主要函数说明main()/*主函数, 程序入口 */ voidinitEnv();/*初始化环境*/ intreadInput();/*读入用户输入，保存到指针input中,返回读取的字符数*/ intparseInput();/*解析命令函数*/ voidexecuteCmd(intcmdType);/*执行命令函数*/ voidaddToHistory(char*);/*命令添加到历史函数*/ voidhistoryCmd();/*历史命令函数*/ voidcdCmd();/*CD命令函数*/ voidjobsCmd();/*打印任务命令函数*/ voidbgCmd();/*任务后台化bg %命令函数*/ voidfgCmd();/*任务前台化函数*/ intfindProg(char*cmdBuf);/*查找外部命令函数*/ voidaddJob(intjobPid,char*name);/*添加任务函数*/ voiddelJob(intjobPid);/*删除任务函数*/ voidctrlz();/*响应键盘CTRL + Z操作函数*/ voidDEBUG(char*s1,char*s2);/*调试程序时信息输出函数*/ 5.3 主要数据结构说明在这个程序中，用到的数据结构主要有循环数组和链表。/*定义历史命令信息数组*/ 循环数组 在history命令中，用数组来存放我们输入过的历史命令。假设我们设定义一个能够记录10条历史记录的数组。数组的定义如下：typedefstructhistory intstart; intend; charcmdBufHISTORYMAXBUFSIZE; history; historyhistoryCmds; 由于把作业以链表的形式保存起来，所以在处理job命令时，实际上就是对链表的操作。/*定义作业结构链表*/ typedefstructjobs pid_tpid; charcmdNameBUFSIZE; charstate10; structjobs*link; jobs; /*定义指向作业链表的头指针，尾指针*/ jobs*headJob,*endJob; headJob指针指向链表表头，endJob指针指向链表尾。 /*重定向用到的文件信息*/ typedefstructfileRedir inttype; charnameNAMESIZE; fileRedir; fileRedir*filesHISTORYMAX; 6 简易测试6.1 编译运行测试程序编译运行无错误，测试通过。6.2 内部命令测试内部命令测试正常。6.3 外部命令测试外部命令测试正常。6.4 重定向和管道命令测试重定向命令测试正常，但管道命令存在一定问题，可能造成进程死掉。6.5 测试总结通过测试，发现了许多本来没有发现的BUG，但程序的基本功能已经实现，但管道命令执行存在一定的问题，有待解决。7 总结及感想7.1 32060624 王克通过这个Linux Shell的实验让我受益匪浅，让我对Linux有了更深入的理解,特别是其BASH的执行过程。由于程序使用C语言编写，让我在使用OO语言的空闲之余再度回归到了C语言，对自己编程基础的提高很有帮助。开发Linux下程序，也让我学到了许多新的东西，如使用VI，EMACES编辑，使用MAN查手册，使用GCC（CC）编译，使用GDB调试，以及用MAKE来组织编译文件。这让我这个一直努力使用LINUX的爱好者更加了解一LINUX下编程，而不是只停留在LINUX下的简单操作层面上。SHELL程序让我对操作系统课上学的概念有了进一步的了解，特别是内核的系统调用、进程管理及通信，管道、并发等知识得到了巩固。在完成此大作业的过程中，我也认识到了项目小组内合作的重要性，大家要合理分工，加强管理，使用版本控制软件（暂用VSS）及建模工具（不多）等。小组内大家相互信任和良好的合作态度给我留下了深刻印象。我们会继续努力做好以后的实验内容！7.2 32060518 杜可斌 通过编写YSH0程序，我更加熟悉了各种SHELL命令，理解了SHELL的具体实行过程，以及其中用到的各种功能调用。同时，我也提高了自己的C语言的编程能力，并获得组织较大型程序的能力。在整个YSH0的编写过程中，OS小组成员之间，互相探讨，互相帮助，合理分工，既提高了各成员的专业水平，也促进了小组成员的团队协作能力。可以说，通过该OS实验，我们都得到了很大的提高.7.3 32060621 张劲通过这次操作系统大作业的完成，我在Linux下的编程能力得到了大大的提高，对Linux的了解也更深了一步。同时，也加深了对课程理论的理解。7.4 32060532 徐瑞通过操作系统的大作业，使我更熟悉了Linux下的编程环境，加深了对进程管理、进程通信的理解，明白了操作系统的并发处理机制，并且和小组各成员之间也建立了友好的交流和合作关系。8 附录8.1 参考资料l 毛曙福，Linux C高级程序员指南，国防工业出版社，2001.2l 任爱华等，操作系统实验指导，清华大学出版社，2004.6l William Stallings著，魏迎梅等译，操作系统内核与设计原理，电子工业出版社，2005.1l 任爱华等，操作系统实验指导，清华大学出版社，2004.68.2 源代码/*LinuxShell0.txtPowered by 3206. 2005.4.24 2005.4.27-V0.1 */ /* *库文件 */ #include #include #include #include #include #include #include #include #include /*#define DEBUG_ON*/*程序中DEBUG信息开关*/ /* *宏定义和常数 */ #define BUFSIZE 256 /*定义最大buf大小*/ #define HISTORYMAX 11/*定义最大历史命令信息数*/ #define NAMESIZE 100 #define CMD_PIPE 0/*定义管道命令类型*/ #define CMD_REDIR 1/*定义重定向命令类型 */ #define CMD_INTER 2/*定义内部命令类型*/ #define CMD_EXTER 3/*定义外部命令类型*/ #define TRUE 1 /*定义真*/ #define FALSE 0 /*定义假*/ #define INOUT -1 /*定义既不是输入也不是输出*/ #define IN 0 /*定义输入*/ #define OUT 1 /*定义输出*/ /* *全局变量 */ /*定义历史命令信息数组*/ typedefstructhistory intstart; intend; charcmdBufHISTORYMAXBUFSIZE; history; historyhistoryCmds; /*定义作业结构链表*/ typedefstructjobs pid_tpid; charcmdNameBUFSIZE; charstate10; structjobs*link; jobs; /*定义指向作业链表的头指针，尾指针*/ jobs*headJob,*endJob; typedefstructfileRedir inttype; charnameNAMESIZE; fileRedir; fileRedir*filesHISTORYMAX; charbufBUFSIZE,*argHISTORYMAX,*envPathHISTORYMAX,*inputBuf=NULL; /*char infileBUFSIZE, outfileBUFSIZE;*/ intinputLen,isBackgroundJob,argCount,curJobPid,status,fileCount; /* *主函数，程序入口 */ voidinitEnv();/*初始化环境*/ intreadInput();/*读入用户输入，保存到指针input中,返回读取的字符数*/ intparseInput();/*解析命令函数*/ voidexecuteCmd(intcmdType);/*执行命令函数*/ voidaddToHistory(char*);/*命令添加到历史函数*/ voidhistoryCmd();/*历史命令函数*/ voidcdCmd();/*CD命令函数*/ voidjobsCmd();/*打印任务命令函数*/ voidbgCmd();/*任务后台化bg %命令函数*/ voidfgCmd();/*任务前台化函数*/ intfindProg(char*cmdBuf);/*查找外部命令函数*/ voidaddJob(intjobPid,char*name);/*添加任务函数*/ voiddelJob(intjobPid);/*删除任务函数*/ voidctrlz();/*响应键盘CTRL + Z操作函数*/ voidDEBUG(char*s1,char*s2);/*调试程序时信息输出函数*/ /*主函数*/ main() intpath,cmdType; initEnv(); for(;) isBackgroundJob=FALSE;/*设置后台运行程序标志*/ argCount=0;/*设置参数个数初值*/ /*/ path=get_current_dir_name(); printf(lsh0#%s ,(char*)path);/*?*/ /*/ /*读入命令*/ if(0=readInput() continue; /*解析命令*/ cmdType=parseInput(); /*执行命令*/ executeCmd(cmdType); /* *程序初始化函数 */ voidinitEnv() FILE*fp; intlineLen,len,i,envPathCount; char*tmpBuf=NULL; curJobPid=0; len=0; envPathCount=0; historyCmds.start=0; historyCmds.end=0; headJob=endJob=NULL; /*打开保存查找路径的lsh0_profile文件*/ if(fp=fopen(lsh0_profile,r)=NULL) printf(-lsh0: Lost profile file n); exit(1); while(lineLen=getline(&tmpBuf,&len,fp)!=-1) DEBUG(getline :,tmpBuf); i=0; len=0; for(;tmpBufi!=;+i) ; tmpBufi+=0; if(0!=(strcmp(tmpBuf,PATH)/*比较tmpBuf 与PATH的内容*/ return; while(tmpBufi+!=0) if(tmpBufi=:) buflen+=/; buflen=0; envPathenvPathCount=(char*)malloc(sizeof(char)*len); strcpy(envPathenvPathCount+,buf); envPathenvPathCount=NULL; len=0; DEBUG(path :n,envPathenvPathCount-1); else buflen+=tmpBufi; /* *读入用户输入，保存到指针input中,返回读取的字符数 */ intreadInput() charc; inputLen=0; while(c=getchar()= |c=t|c=EOF)/*跳过开始的空格，制表符，以及文件结尾*/ ; /*获得一行输入，并将之保存在buf中*/ while(c!=n) bufinputLen+=c; c=getchar(); if(inputLen=0) return0; bufinputLen=0;/*在字符数组buf的最后插入一个结束标志*/ inputBuf=(char*)malloc(sizeof(char)*(inputLen+1); strcpy(inputBuf,buf);/*将buf中的内容送入inputBuf*/ DEBUG(inputBuf = ,inputBuf); returninputLen;/*返回读入的字符长度*/ /* *解析命令函数 */ intparseInput() inti,j,k,bufCount,isSpaceChar; /*以下对所有输入命令进行初步分析*/ for(i=0,isSpaceChar=FALSE,bufCount=0,argCount=0;i=inputLen;+i) if(inputBufi= |inputBufi=t|inputBufi=0) if(isSpaceChar=TRUE)/*跳过空格等无用信息*/ continue; else bufbufCount+=0; argargCount=(char*)malloc(sizeof(char)*bufCount); strcpy(argargCount+,buf);/*分配动态存储空间，将命令从缓存拷贝到input中*/ bufCount=0; isSpaceChar=FALSE; DEBUG(argn = %s,buf); else if(inputBufi=&inputBufi+1=0) isBackgroundJob=TRUE;/*将后台命令标志置一*/ continue; bufbufCount+=inputBufi; /*针对管道命令调整参数*/ for(i=0;i=inputLen;+i) if(inputBufi=) for(j=0;jargCount;+j) if(strcmp(argj,)=0) filesfileCount=(fileRedir*)malloc(sizeof(fileRedir); if(strcmp(argj,type=IN; elseif(strcmp(argj,)=0) filesfileCount-type=OUT; strcpy(filesfileCount+-name,arg+j); filesfileCount=NULL; +j; for(k=j;kargCount;+k) strcpy(argk-2,argk); DEBUG(arg0 = %s,argk); argk-2=NULL; argCount-=2; returnCMD_REDIR; /*针对重定向命令调整参数*/ elseif(inputBufi=|) for(j=0;jargCount;+j) if(strcmp(argj,)=0) filesfileCount=(fileRedir*)malloc(sizeof(fileRedir); if(strcmp(argj,type=IN; elseif(strcmp(argj,)=0) filesfileCount-type=OUT; strcpy(filesfileCount+-name,arg+j); filesfileCount=NULL; +j; for(k=j;kBye! Thank you!n); free(inputBuf); exit(0); elseif(strcmp(arg0,history)=0)/*执行history命令，打印历史命令信息*/ historyCmd(); elseif(strcmp(arg0,jobs)=0)/*执行jobs命令*/ jobsCmd(); elseif(strcmp(arg0,cd)=0)/*执行cmd命令*/ cdCmd(arg1); elseif(strcmp(arg0,bg)=0)/*执行bg命令*/ bgCmd(); elseif(strcmp(arg0,fg)=0)/*执行fg命令*/ fgCmd(); /*/ elseif(cmdType=CMD_EXTER) if(!findProg(arg0)/*没有找到该命令程序*/ printf(-lsy0: This command is not founded!n); /*return;*/ if(curJobPid=fork()=0)/*若为子进程，执行该命令*/ argargCount=(char*)malloc(sizeof(char);/*将最后一个参数置为NULL*/ argargC