基于C开发的Linux简单命令解释器【100012648】

# **一、引言** **程序名称：**Linux简单命令解释器 **开发语言：**C **开发平台：**MacOS **开发工具：**CLion **程序说明：**已实现基本命令，如：pwd、ls、cd、mkdir和exit命令。 **运行环境：**MacOS **文件说明：**程序源代码（main.c、FileSystem.h）； 程序数据文件（FileSystem.img）； # **二、需求分析** Linux/UNIX系统中，shell是用户和系统内核沟通的中介，它为用户使用操作系统的服务提供了一个命令界面。用户在命令提示符（$或是＃）下输入的每一个命令都由shell解释，然后传给内核执行。 对于我们的题目，在Linux环境下模拟实现简单命令解释器，根据题目要求，我分析后得出，此课程设计主要是在我们熟悉linux基础操作的基础上能够学以致用，编写一个简单的模拟shell命令解释器，以使我们能够理解linux命令的执行过程。 # **三、程序概要设计** ## **1.主要功能** 根据题目要求，我们需要实现的基本命令包括： pwd //显示当前所在目录的路径名 list <目录名> //列出指定目录名中的所有目录及文件 cd <目录名或路径> //改变当前工作目录 mkdir <目录名> //新建目录 exit //退出命令解释程序 ## 2.程序流程图 **程序流程图** # **四、程序详细设计** ## **（一）文件系统设计** 在本次课程设计中，我通过模拟文件管理系统来实现模拟Linux的终端操作。文件目录结构采用了Unix的树形目录结构，如下图：  ### **1.核心思想** 本程序的核心思想是一切皆是文件。如果是目录，Block中存储的是目录下文件和目录的fcb；如果是文件，Block中存储的是文件的内容。 ### **2.文件系统结构详细设计** *文件系统块（超级块）结构：* ```c typedef struct { unsigned short blockSize; unsigned int blockNum; unsigned int iNodeNum; unsigned int blockFree; } SuperBlock; ``` 其中blockSize是文件块大小、blockNum是文件块数量、iNodeNum* 是inode节点数量,即文件数量、blockFree是空闲块数量。 *文件inode节点结构：* ```c typedef struct { unsigned int id; char name[30]; unsigned char isDir; unsigned int parent; unsigned int length; unsigned int blockId; } INode, *PtrINode; ``` 其中id是* inode节点索引、name是文件名，最大长度29、isDir是文件类型， 0为file 1为dir、parent是父目录inode节点索引、length是文件长度，目录文件则为子文件项数量、blockId是文件项所在的目录数据块的id。 *文件部分信息节点，用于简要显示文件信息（如：文件名、文件／目录、文件长度、文件权限和修改时间等）。主要用途：将一个目录下的所有文件(包括目录)写入到该目录对应的Block中* ```c typedef struct { unsigned int id; char name[30]; unsigned char isDir; unsigned int blockId; //4B,在目录数据块中的位置0-255 } Fcb, *PtrFcb; ``` 这部分的变量在INode节点结构都有，就不多做解释了。 还有两个使用图： ```c char *blockBitmap; char *iNodeBitmap; ``` 其中，blockBitmap是文件块使用图，块分配情况；iNodeBitmap* 是iNode节点使用图，索引节点分配情况 ### **3.初始化文件系统** 宏定义了一些数值： ```c #define BLOCK_SIZE 1024 // 块大小 #define BLOCK_NUM 102400 // 块数量 #define INODE_NUM 102400 // inode节点数 #define SYSTEM_NAME "FileSystem.img" //数据（文件系统镜像）文件名 ``` 创建文件系统： 先通过fopen以写入二进制的方式打开FileSystem.img文件（即创建该img文件），若打开失败则退出程序： ```c if ((fp = fopen(SYSTEM_NAME, "wb+")) == NULL) { printf("open file %s error...\n", SYSTEM_NAME); exit(1); } ``` 然后初始化两个使用图： ```c for (len = 0; len < BLOCK_NUM; len++) blockBitmap[len] = 0; for (len = 0; len < INODE_NUM; len++) iNodeBitmap[len] = 0; ``` 再设置创建文件系统所需的内存： ```c for (len = 0; len < (superBlockSize + blockBitmapSize + inodeBitmapSize + inodeSize * INODE_NUM + BLOCK_SIZE * BLOCK_NUM); len++) { fputc(0, fp); // 往缓冲区填充0 } ``` 后面再通过fseek函数把文件指针移到对应信息存储位置的头部，再用fwrite函数和把初始化后的超级块、INode节点和使用图等写入文件中。下面是文件块使用图写入到文件举例： ```c fseek(fp, superBlockSize, SEEK_SET); fwrite(blockBitmap, blockBitmapSize, 1, fp); ``` 打开文件系统： 同样先通过fopen以二进制读写的方式打开文件，这里就不贴代码了。 然后通过fread把文件系统的基本使用信息（如超级块和使用图）读入到内存中。 以下是读取超级块信息的举例： ```c fread(&superBlock, superBlockSize, 1, fp); ``` ## **（二）命令详细设计** ### **1.pwd** 该功能显示当前所在目录的路径名，运行如下图所示：  图4-1 pwd运行截图 核心代码： ```c fullPath = malloc(sizeof(char)); strcpy(fullPath, curINode->name); // 临时存当前路径 while (curINode->id != 0) { fseek(fp, superBlockSize + blockBitmapSize + inodeBitmapSize + curINode->parent * inodeSize, SEEK_SET); fread(curINode, inodeSize, 1, fp); if (strcmp(curINode->name, "/") != 0) { fullPath = stringJoin( "/", fullPath); fullPath = stringJoin(curINode->name, fullPath); } } if (fullPath[0] != '/') { fullPath = stringJoin( "/", fullPath); fullPath = stringJoin(fullPath, "/"); } ``` 分析： 定义一个char数组fullPath，并存下当前文件（夹）名。然后用一个for循环读取inode节点的父节点，每读到一个父节点，就取该父节点的文件（夹）名添加到fullPath的前面，直到根目录为止。 ### **2.list** 该功能显示当前所在目录或传入的目录下的所有文件夹和文件，运行如下图所示：  图4-2 list运行截图 核心代码： 先通过fseek函数把文件指针移到当前目录的inode节点头部，然后读取当前目录的inode信息，以便获取到下一步要用到当前目录的Block Id： ```c fseek(fp, superBlockSize + blockBitmapSize + inodeBitmapSize + currentDir * inodeSize, SEEK_SET); fread(parentInode, inodeSize, 1, fp); ``` 同样，先根据上面获取到的Block Id把文件指针移到对应的节点头部， ```c fseek(fp, superBlockSize + blockBitmapSize + inodeBitmapSize + inodeSize * INODE_NUM + parentInode->blockId * BLOCK_SIZE, SEEK_SET); ``` 然后for循环遍历该Block下的所有文件fcb，直到读完最后一个文件为止（由文件数length控制）。 ```c for (i = 0; i < parentINode->length; i++) fread(fcb, fcbSize, 1, fp); ``` ### **3.cd** 该功能用于改变当前工作目录，运行如下图所示：  图4-3 cd运行截图 核心代码： 注： 1. 函数原型：**void** cd(**char** \*name); 2. 当前目录用一个无符号短整型的变量currentDir表示，指的是当前所在目录的节点号。 程序先判断传入的路径名name是否为**".."**，若是则直接从文件读入当前目录的inode节点信息，以获取到父目录从而改变当前路�