用C语言写一个shell项目附源码||操作系统实验课

青旅半醒 2024-05-11 09:16 67阅读 0赞

## 咱就是说，已经麻了，?巨大 ##

现在就是非常紧张加焦虑，因为做这个shell 的ddl真的快了，但是我还是不咋懂怎么用C语言写出来，像只无头苍蝇一样就很焦虑。

### 写在前面 ###

#### 以下是我的shell实验报告，希望对大家有用。有很多不会的地方借鉴了大神的代码，再次感谢！完整代码详见https://github.com/DannieZhai/OperateSystem\_Project/tree/main ####

分隔线。。。。。。

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Shell是一个用C语言编写的程序，是用户使用Linux系统的桥梁。这个应用程序提供了一个界面，用户通过这个界面访问操作系统内核的服务。实际上，shell是一个命令解释器，它解释由用户输入的命令并且把它们送到内核。不仅如此，shell也有自己的编程语言，但是我们的任务是用熟悉的C语言来实现一个拥有基础功能的shell。

## 一、实验目的 ##

使用C语言实现一个具有基本功能的shell，并在虚拟机上成功运行，了解其基本原理。

## 二、实验要求 ##

本实验要求实现以下几个基本功能：  
1、能解析带参数的程序并运行；  
2、实现工作路径移动cd命令；  
3、实现退出命令exit；  
4、显示最近执行的指令history；  
5、实现后台运行功能；  
6、实现管道功能；  
7、实现重定向功能；

## 三、实验环境安装 ##

我们所使用的Windows或者iOS系统都是较为常用的系统，我们的机器也因此称为物理机；但是对于本课程实验而言，需要Linux操作系统，所以安装VMware虚拟机。  
1、下载VMware正版软件；  
2、下载Minux3.3镜像文件；  
3、在VMware中配置虚拟机，修改一些参数；  
4、新建虚拟机，设置用户名和密码，密码需牢记；  
5、安装开发环境，如编译器、编辑器、链接库等等；  
6、若是虚拟机开启较为繁琐，可以采用MobaXterm远程访问，测试代码；  
7、通过FileZilla软件将写好的shell传输到虚拟机中去。

## 四、实验描述 ##

### 1、实验所需的宏定义和全局变量为以下内容： ###

1.  \#define MAXLINE 1024
2.  \#define MAXARGS 128 //命令行最大参数数量
3.  \#define M 256
4.  
5.  \#define USED 0x1
6.  \#define IS\_TASK 0x2
7.  \#define IS\_SYSTEM 0x4
8.  \#define BLOCKED 0x8
9.  \#define PSINFO\_VERSION 0
10. 
11. \#define STATE\_RUN ‘R’
12. const char \*cputimenames\[\] = \{“user”, “ipc”, “kernelcall”\};
13. \#define CPUTIMENAMES ((sizeof(cputimenames)) / (sizeof(cputimenames\[0\]))) //恒等于3
14. \#define CPUTIME(m, i) (m & (1 << (i))) //保留第几位
15. 
16. char prompt\[\] = "myshell> ";//这个表示已经运行起了
17. char history\[M\]\[M\];//这是历史命令的输入
18. int n\_his = 0;
19. char \*path = NULL;
20. unsigned int nr\_procs, nr\_tasks;
21. int slot = -1;
22. int nr\_total;

### 2、实验所用函数列出如下： ###

1.	//封装好的fork函数  
    2.	pid_t Fork(void);   
    3.	//实现内置命令、program命令和后台运行等功能  
    4.	void exeCommand(char *cmdline);  
    5.	//解析命令行解析命令行，得到参数序列，并判断是前台作业还是后台作业  
    6.	int parseline(const char *cmdline, char **argv);   
    7.	//读取/proc/kinfo得到总的进程和任务数num_total  
    8.	void getkinfo();   
    9.	//在/proc/meminfo中查看内存信息，计算出内存大小并打印  
    10.	int print_memory();  
    11.	//计算总体CPU使用占比并打印结果  
    12.	void print_procs(struct proc *proc1, struct proc *proc2, int cputimemode);  
    13.	//计算cputicks，CPU的频率  
    14.	u64_t cputicks(struct proc *p1, struct proc *p2, int timemode);  
    15.	void get_procs();  
    16.	//读取目录下每一个文件信息  
    17.	void parse_dir();  
    18.	//在/proc/pid/psinfo中，查看进程pid的信息  
    19.	void parse_file(pid_t pid);  
    20.	//内置命令实现函数  
    21.	int builtin_cmd(char **argv);  
    22.	//实现管道，完成进程间的通信

## 五、实验中函数解析： ##

### 1、shell内置命令 ###

#### 1）改变路径的cd命令： ####

Cd命令是一个shell的基本命令，首先，输入cd命令；其次，采用chdir()函数改变工作目录；然后，利用getcwd()函数得到当前的目录。  
我的思想如下：  
1.

1.	if (!strcmp(argv[0], "cd"))  
    2.	   {
          
    3.	       if (!argv[1])  
    4.	       {
          
    5.	           argv[1] = ".";  
    6.	       }  
    7.	       int ret;  
    8.	       ret = chdir(argv[1]); //改变工作目录  
    9.	       if (ret < 0)  
    10.	       {
          
    11.	           printf("No such directory!\n");  
    12.	       }  
    13.	       else  
    14.	       {
          
    15.	           path = getcwd(NULL, 0); //利用getcwd取当前所在目录  
    16.	       }  
    17.	       return 1;  
    18.	   }

#### 2）显示历史命令行的history命令： ####

怎样才能显示历史命令呢？需要先保存我们所有输入的命令。由于shell是一个while大循环，我将采用二维数组的方式记录，二维数组也就相当于一个指针。  
首先，如果用户只输入“history”，打印所有命令，将数组的元素一一打印；如果用户输入“history加数字”，我们就打印所需要的指令。最后，当然避免不了错误，就直接打印error即可。

1.	if (!strcmp(argv[0], "history"))  
    2.	    {
          
    3.	        if (!argv[1])  
    4.	        {
         //当只输入history时，打印已有的所有指令  
    5.	            for (int j = 1; j <= n_his; j++)  
    6.	            {
          
    7.	                printf("%d ", j);  
    8.	                puts(history[j - 1]);  
    9.	            }  
    10.	        }  
    11.	        else  
    12.	        {
          
    13.	            int t = atoi(argv[1]);  
    14.	            if (n_his - t < 0)  
    15.	            {
         //如果history后未带参数或带的参数大于已有指令数  
    16.	                 printf("history error\n");  
    17.	            }  
    18.	            else  
    19.	            {
          
    20.	                for (int j = n_his - t; j < n_his; j++)  
    21.	                {
          
    22.	                    printf("%d ", j + 1);  
    23.	                    puts(history[j]);  
    24.	                }  
    25.	            }  
    26.	        }  
    27.	        return 1;  
    28.	    }

#### 3）遇到错误的exit命令： ####

此命令较为简单，当用户输入的命令就是“exit”时，我们就结束这个shell。

1.	if (!strcmp(argv[0], "exit"))  
    2.	   {
         //strcmp若两个字符串相等则返回0  
    3.	       exit(0);  
    4.	   }

#### 4）显示信息的mytop命令： ####

首先，利用getkinfo()函数读取总的进程数和任务数；其次，采用print\_memory()函数查看内存信息；最后，就可以利用已知信息，计算总体cpu使用占比并且打印结果了。

1.	if (!strcmp(argv[0], "mytop"))  
    2.	    {
          
    3.	        int cputimemode = 1;//计算CPU的时钟周期  
    4.	        getkinfo();  
    5.	        print_memory();  
    6.	        //得到prev_proc  
    7.	        get_procs();  
    8.	        if (prev_proc == NULL)  
    9.	        {
          
    10.	            get_procs();//得到proc  
    11.	        }  
    12.	        print_procs(prev_proc, proc, cputimemode);  
    13.	        return 1;  
    14.	    }  
    15.	    return 0;

因为之前对mytop的命令不太熟悉，所以借鉴了提示中的思路，比如：查看内存信息、查看总的进程数量、得到关于进程的有关信息等等。

### 2、program命令 ###

#### 1） 实现重定向功能 ####

重定向功能是指改变数据的所在位置，箭头的方向就是数据的流向。具体分类有输入重定向、输出重定向、追加输入输出重定向、错误的输入输出重定向等等。

输出重定向：

1.	case 1: //(>输出用的多)  
    2.	        pid = Fork();  
    3.	        if (pid == 0)  
    4.	        {
          
    5.	            fd = open(file, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);//得到file(>后)的文件描述符好！！   
    6.	            if (fd == -1)  
    7.	            {
          
    8.	                printf("open %s error!\n", file);  
    9.	            }  
    10.	            dup2(fd, 1); //将结果输出到file,因此映射为标准输出1标准输出  
    11.	            close(fd);  
    12.	            execvp(argv[0], argv);//执行前半部分指令  
    13.	 exit(0);  
    14.	        }  
    15.	        if (waitpid(pid, &status, 0) == -1)  
    16.	        {
          
    17.	            printf("wait for child process error\n");  
    18.	        }  
    19.	        break;

输入重定向：

1.	case 2: //(<) 输入重定向  
    2.	       pid = Fork();  
    3.	       if (pid == 0)  
    4.	       {
          
    5.	           fd = open(file, O_RDONLY);  
    6.	           dup2(fd, 0); //0标准输入，隐射到标准输入  
    7.	           close(fd);  
    8.	           execvp(argv[0], argv);  
    9.	           exit(0);  
    10.	       }  
    11.	       if (waitpid(pid, &status, 0) == -1)  
    12.	       {
          
    13.	           printf("wait for child process error\n");  
    14.	       }  
    15.	       //对于参数pid，》0回收指定id的子进程，-1回收任意子进程  
    16.	       //0回收和当前调用waitpid一个组的所有子进程  
    17.	       //《-1回收指定进程组内的任意子进程

#### 2） 实现管道功能 ####

所谓管道功能，就是说把前一个进程的输出结果作为后一个进程的输入。

1.	void pipeline(char *process1[],char *process2[]){
          
    2.	    int fd[2];  
    3.	    pipe(&fd[0]);  
    4.	    int status;  
    5.	    pid_t pid;  
    6.	    pid=Fork();  
    7.	    if(pid==0){
          
    8.	        close(fd[0]); 
    9.	        close(1);  
    10.	        dup(fd[1]);//fd[1]管道写入端，映射到标准输出1  
    11.	        close(fd[1]);  
    12.	        execvp(process1[0],process1);//执行前部分指令，结果输出到管道  
    13.	    }else{
          
    14.	        close(fd[1]);  
    15.	        close(0);  
    16.	        dup(fd[0]);//fd[0]管道读入端，映射到标准输入0  
    17.	        close(fd[0]);  
    18.	        //waitpid(pid,&status,0);//等待子进程结束，管道中有内容了，再执行  
    19.	        execvp(process2[0],process2);//从管道读入  
    20.	    }  
    21.	}

#### 3） 实现后台运行命令 ####

&符号表示先将输入的命令挂起，在后台运行。

1.	case 4:                       //(&后台运行)  
    2.	        pid = Fork();  
    3.	        signal(SIGCHLD, SIG_IGN);   
    4.	        if (pid == 0)  
    5.	        {
              
    6.	            signal(SIGCHLD, SIG_IGN);  
    7.	            //如果将此信号的处理方式设为忽略，
    8.	             //可让内核把僵尸子进程转交给init进程去处理  
    9.	            // /dev/null  
    10.	           //黑洞black hole通常被用于丢弃不需要的输出流，或作为用于输入流的空文件  
    11.	            close(0);  
    12.	            open("/dev/null",O_RDONLY);  
    13.	            close(1);  
    14.	            open("/dev/null",O_WRONLY);  
    15.	            execvp(argv[0], argv);  
    16.	            exit(0);  
    17.	        }  
    18.	        //后台运行，不用等待结束  
    19.	        break;  
    20.	    default:  
    21.	        break;

## 六、实验反思与总结 ##

此次实验是让我们自己编写一个shell，刚开始确实觉得难度很大，但是随着一点点做起来，还是收获良多。其中借阅了很多资料，问了同学很多问题，总算实现了自己的shell。希望以后可以在实验过程中提高自学能力，完成度更高。