在Linux环境下模拟实现命令解释器
一．程序概述
1. 进入系统概述
本次课程设计是在红帽Linux发行版（Red Hat Enterprise Linux AS release 4 (Nahant Update 4) ））环境下运行，内核为：Kernel 2.6.9-42.ELsmp on an i686。
以下为进入Linux操作系统命令行界面
cd os_design 进入os_design这个目录
pwd 显示当前路径为：/home/10131/os_design
这个路径为本次操作系统课程设计的目录
ls 显示os_design下的文件：cmd.cpp 为本次课程设计的源文件，采用语言为C++
执行命令g++ -o cmd cmd.cpp
产生可执行文件：cmd
在命令行键入：./cmd就可以直接运行
2. 源程序完成的功能
本次课程设计在Linux环境下模拟实现命令解释器：本人实现的功能如下：
1.使用pwd命令，实现查看目录所处路径的功能。
2.使用dir命令，实现显示列出指定目录名中的所有目录及文件的功能。
3.使用cd命令，实现改变工作目录的功能。
4.使用newdir命令，实现创建新的目录的功能。
5.使用deldir命令，实现删除目录的功能。
6.使用rename命令，实现重命名一个文件或目录的功能。
7.使用find命令，实现查找指定目录下及其子目录的指定文件。
8.使用date命令，实现显示当前日期。
9.使用exit命令，实现退出命令行模式。
二．概念原理
本次操作系统课程设计使用的语言为C++，包含的头文件大多是Linux下c的函数库。通过调用相关的函数库来实现模拟shell命令操作。下面是对一些概念原理的说明：
1.源程序包含的头文件
#include<iostream>//主要用于一些标准输入输出：cin,cout操作
#include<cstring>//标准C++函数库，主要用于字符串处理
#include<sys/types.h>//基本系统数据类型
#include<sys/stat.h>//文件状态
#include<dirent.h>//文件操作函数
#include<fcntl.h>//文件控制
#include<time.h>//定义关于时间的函数
#include<ftw.h>//文件树漫游
以上是整个源程序涉及到的一些函数头文件
2.函数概念说明
以下是对程序调用Linux c函数库的方法说明：
调用getcwd()函数
函数原型：char * getcwd(char * buf,size_t size);
函数说明：getcwd()会将当前的工作目录绝对路径复制到参数buf所指的内存空间，参数size为buf的空间大小。在调用此函数时，buf所指的内存空间要足够大，若工作目录绝对路径的字符串长度超过参数size大小，则回值NULL，errno的值则为ERANGE。倘若参数buf为NULL，getcwd()会依参数size的大小自动配置内存(使用malloc())，如果参数size也为0，则getcwd()会依工作目录绝对路径的字符串程度来决定所配置的内存大小，进程可以在使用完此字符串后利用free()来释放此空间。
返回值：执行成功则将结果复制到参数buf所指的内存空间，或是返回自动配置的字符串指针。失败返回NULL，错误代码存于errno。
调用opendir()函数
函数原型：DIR * opendir(const char * name);
函数说明：opendir()用来打开参数name指定的目录，并返回DIR*形态的目录流，和open()类似，接下来对目录的读取和搜索都要使用此返回值。
返回值：成功则返回DIR* 型态的目录流，打开失败则返回NULL。
调用readdir()函数
函数原型：struct dirent * readdir(DIR * dir);
函数说明：readdir()返回参数dir目录流的下个目录进入点。
结构dirent定义如下
struct dirent
{
ino_t d_ino;
ff_t d_off;
signed short int d_reclen;
unsigned char d_type;
har d_name[256;
};
d_ino 此目录进入点的inode
d_off 目录文件开头至此目录进入点的位移
d_reclen _name的长度，不包含NULL字符
d_type d_name 所指的文件类型
d_name 文件名
struct dirent
{
ino_t d_ino;
ff_t d_off;
signed short int d_reclen;
unsigned char d_type;
har d_name[256;
};
d_ino 此目录进入点的inode
d_off 目录文件开头至此目录进入点的位移
d_reclen _name的长度，不包含NULL字符
d_type d_name 所指的文件类型
d_name 文件名
返回值：成功则返回下个目录进入点。有错误发生或读取到目录文件尾则返回NULL。
附加说明：EBADF参数dir为无效的目录流。
调用closedir()函数
函数原型：int closedir(DIR *dir);
函数说明：closedir()关闭参数dir所指的目录流。
返回值：关闭成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno 中。
调用chdir()函数
函数原型：int chdir(const char * path);
函数说明：chdir()用来将当前的工作目录改变成
以参数path所指的目录。
返回值：执行成功返回0，失败返回-1；
调用mkdir()函数
函数原型：int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
函数说明：mkdir()函数以mode方式创建一个以参数pathname命名的目录，mode定义新创建目录的权限。
返回值：若目录创建成功，则返回0，否则返回-1；
调用rmdir()函数
函数原型：int _rmdir(const char *dirname);
函数说明：rmdir（）函数删除以参数dirname为命名的目录。
返回值：若目录删除成功，则返回0，否则返回-1；
调用rename()函数
函数原型：int rename(const char * oldpath,const char * newpath);
函数说明：rename()会将参数oldpath 所指定的文件名称改为参数newpath所指的文件名称。若newpath所指定的文件已存在，则会被删除。
返回值：执行成功则返回0，失败返回-1。
调用ftw()函数
表头文件：#include <ftw.h>
函数原型：int ftw(const char *dir, int (*fn) (const *file, const struct stat *sb, int flag), int depth)
函数说明：ftw() 会从参数dir指定的 目录 开始，往下一层层地递归式遍历子 目录 。ftw()会传三个参数给fn(), 第一个参数*file指向当时所在的 目录 路径，第二个参数是*sb, 为stat结构指针，第三个参数为旗标，有下面几种可能值:
FTW_F 一般文件
FTW_D 目录
FTW_DNR 不可读取的 目录 ，此 目录 以下将不被遍历
FTW_SL 符号连接
FTW_NS 无法取得stat结构数据，有可能是 权限 问题
最后一个参数depth代表ftw（）在进行遍历 目录 时同时打开的文件数。ftw()在遍历时每一层 目录 至少需要一个文件描述词，如果遍历时用完了depth所给予的限制数目，整个遍历将因不断地关文件和开文件操作而显得缓慢.
如果要结束ftw()的遍历，fn()只需返回一非零值即可，此值同时也会是ftw()的返回值。否则ftw()会试着走完所有的 目录 ，然后返回0.
返回值：遍历中断则返回fn()函数的返回值，全部遍历则返回0，若有错误发生则返回-1
函数原型：int ftw(const char *dir, int (*fn) (const *file, const struct stat *sb, int flag), int depth)
函数说明：ftw() 会从参数dir指定的 目录 开始，往下一层层地递归式遍历子 目录 。ftw()会传三个参数给fn(), 第一个参数*file指向当时所在的 目录 路径，第二个参数是*sb, 为stat结构指针，第三个参数为旗标，有下面几种可能值:
FTW_F 一般文件
FTW_D 目录
FTW_DNR 不可读取的 目录 ，此 目录 以下将不被遍历
FTW_SL 符号连接
FTW_NS 无法取得stat结构数据，有可能是 权限 问题
最后一个参数depth代表ftw（）在进行遍历 目录 时同时打开的文件数。ftw()在遍历时每一层 目录 至少需要一个文件描述词，如果遍历时用完了depth所给予的限制数目，整个遍历将因不断地关文件和开文件操作而显得缓慢.
如果要结束ftw()的遍历，fn()只需返回一非零值即可，此值同时也会是ftw()的返回值。否则ftw()会试着走完所有的 目录 ，然后返回0.
返回值：遍历中断则返回fn()函数的返回值，全部遍历则返回0，若有错误发生则返回-1
三．完成情况
完成了整个操作系统课程设计的命令行功能基本要求：
pwd//显示当前所在目录的路径名
dir <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
newdir<目录名>//新建目录
deldir<目录名> //删除目录
exit //退出命令解释程序
其中直接输入dir不能直接显示文件和目录，需要在使用dir .,才能显示当前文件夹下的目录和文件
基本完成了以下几个扩展命令的动能要求：
rename <旧文件名> <新文件名> //重命名一个文件或目录
find <目录>-name <待查找的文件名> //在指定的目录及其子目录中查找指定的文件
date//显示当前日期
其中find命令，只能查询指定目录的文件，不能指定待查找的文件名。
通过测试，以上所有命令都运行正常。整个程序，代码实现简单清晰，没有太复杂的算法。基本上就是对函数的调用实现。运行结果又较好的提示信息，无论是成功错误都提示相应的信息。源代码的注释内容也非常清晰，方便查看理解函数调用的功能。
四．详细设计
下面是对整个程序功能实现的介绍：
1．pwd()函数
主要调用了getcwd()函数，获取当前工作目录的绝对路径。
相关代码：
char ptr[80];
getcwd(ptr, sizeof(ptr));
getcwd函数会将当前的工作目录绝对路径复制到参数buf所指的内存空间，
所以直接输出ptr就可以得到当前目录的绝对路径。
2.dir()函数
dir()函数主要实现显示指定目录下的目录和文件
调用了opendir()、readdir()、closedir()等对文件权限操作的函数
下面是主要代码，输出目录
dir = opendir(dirname);
while((ptr = readdir(dir)) != NULL)
{
// if the d_name is equal with "." or ".." ,do nothing
if(strcmp(ptr->d_name, ".") == 0 || strcmp(ptr->d_name, "..") == 0){}
// if not , print the ptr->d_name
else
cout<<ptr->d_name<<" ";
// count the d_name
count++;
// if count % 8 == 0, line feed
if(count % 8 == 0)
cout<<endl;
}
closedir(dir);
详细设计说明：
1.通过目录名dirname，调用opendir()函数打开目录流
2.调用readdir()函数读取目录，返回dirent*数据结构
3.将d_name（目录名/文件名）输出
4.有开的过程，就应该有关的过程，调用closedir()函数关闭目录流。
3.cd()函数
cd函数主要实现切换目录的功能。详细设计如下：
调用chdir()函数切换目录，如果切换成功就返回0，切换失败返回-1；
4.newdir()函数
newdir函数主要实现，新建目录的功能。详细设计如下：
调用mkdir()函数就可以创建新的目录，如果创建成功返回0，创建失败返回-1；
实现代码如下：
if(mkdir(filename,0777) == 0)
{
cout<<filename<<" indecates successful!!!"<<endl;
}
else
{cout<<filename<<" indecates failure!!!"<<endl;
}
其中0777设置文件为最大权限
5.deldir()函数
deldir函数主要实现了删除目录的功能。详细设计如下：
调用rmdir()函数就可以将指定目录删除，如果创建成功返回0，创建失败返回-1；
实现代码跟第4点类似。这里就不多说了。
6.rename()函数
rename函数主要实现了对文件进行重命名的功能。详细设计如下：
调用rename(filename1, filename2);就可以将filename1更改为filename2，如果更改成功的话，返回0，否则返回-1；
7.find()函数
find函数主要实现了查找指定目录的文件，并列出每一个文件的类型，这里指列出来了目录和文件类型。
find函数调用了ftw库函数，
8.date()函数
date函数实现的功能是显示当前日期。详细设计说明：
代码实现如下：主要是调用ctime()函数返回一个关于日期的字符串。直接将这个字符串输出，就可以知道当前日期和时间。
五．使用情况
./cmd运行程序
会显示以上9条命令使用提示，并指令提示符为[姓名@]$
1.使用pwd命令 ----显示当前目录的绝对路径
2.使用dir命令显示指定目录的文件和目录
3.使用cd命令更换目录
4.使用newdir命令新建目录
5.使用deldir命令删除目录
6.使用rename命令重命名目录
7.使用find命令查找指定目录的文件
8.使用date命令显示当前日期和时间
9.使用exit命令退出命令行
六．设计总结
1.遇到的困难及解决的问题
一段时间没有使用C++/C语言，有些函数的使用不怎么清晰，用惯了java的思考模式和API，转换过来用C++语言来编程，感觉有点不怎么舒服。后来，简单复习了C++的输入输出还有头文件包含等知识，还是把以前的底子给捡起来了。整个课程设计，遇到的问题并不多，难度是如果去理解Linux c函数库的调用。需要花时间去理解每一个函数的作用和相关参数的作用。刚开始做的时候，也是不知道怎么开始，之前把问题想得复杂化了，后来通过一步一步实现每个指令，才慢慢找到解决的办法。
2.总结与感想
总的来说，整个课程设计还算比较顺利，因为对Linux操作系统接触得并不多，对一些命令行的实现还不怎么清楚，后来通过查阅资料，自己用虚拟机运行了Linux Ubuntu发行版来研究了一下。发现Linux确实非常简洁好用，我非常喜欢这样的系统。历时两天的时间，把程序设计出来了，也认真写了下这次的文档。感觉通过一段时间的学习，自己的编程能力确实变强了，但还是有许多不足。在程序设计过程中，要学会查看文档，因为很多文档都是英文，这就需要英文好一点。我也在克服查看英文文档的障碍，努力提升自己的英文阅读能力。通过这次课程设计，也让自己捡起了C++这门语言，熟悉了Linux环境下的一些命令操作，并且让我有了极大兴趣去研究Linux，我在接下来的时间里也会使用和学习Linux程序设计。总的来说，感觉不错。
七．参考文献
《Linux 程序设计第4版》，《The GUN C Library Manual》
源程序代码如下：
因为解决乱码问题，所以小巫把注释都改为了英文，我的英文有点粗，希望有人能看懂。
/**source file: cmd.cpp
@stunum: 201038889071
@classnum: 31
@author:wwj
@date:2012/12/16
@decription:Linux Operation System
**/
#include<iostream>
#include<cstring>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<dirent.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<time.h>
#include<queue>
#include<ftw.h>
using namespace std;
//declare method
void pwd(); //show current absolute path
void dir(); //show directory and file
void cd(); //change directory
void newdir(); //make new directory
void deldir(); //delete directory
void rename(); //rename the directory's name
void find(); //find the assign file in the assign directory
void date(); //show the date of now
int fn(const char *file, const struct stat *sb, int flag);
/**
* main method
* return 0
**/
int main(int argc, char *argv[])
{
cout<<">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>"<<endl;
cout<<">>>>>>Welcome to wwj's cmd line<<<<<<"<<endl;
cout<<"You can use the commands as follows:"<<endl;
cout<<"1. pwd "<<endl;
cout<<"2. dir <dirname>"<<endl;
cout<<"3. cd <dirname or path> "<<endl;
cout<<"4. newdir <dirname> "<<endl;
cout<<"5. deldir <dirname> "<<endl;
cout<<"6. rename <old filename> <new filename> "<<endl;
cout<<"7. find <dirname>"<<endl;
cout<<"8. date "<<endl;
cout<<"9. exit "<<endl;
cout<<">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>"<<endl;
string str;
//when the str is equal with the string "exit",break the cycling
while(str != "exit") {
//shell prompt
cout<<"[wuwenjie@]$";
cin>>str; //enter the command
if(str == "pwd"){
// if str is equal with the string "pwd", execute the pwd() method
pwd();
}
if(str == "dir") {
// if str is equal with the string "dir", execute the dir() method;
dir();
}
if(str == "cd") {
// if str is equal with the string "dir", execute the cd() method;
cd();
}
if(str == "newdir"){
// if str is equal with the string "newdir", execute the newdir() meth
newdir();
}
if(str == "deldir"){
// if str is equal with the string "deldir", execute the deldir() mte
deldir();
}
if(str == "rename") {
// if str is equal with the string "rename", execute the rename() meth
rename();
}
if(str == "date") {
// if str is equal with the string "date", execute the date() method;
date();
}
if(str == "find") {
// if str is equal with the string "find",execute the find() method
find();
}
}
return 0;
}
/**
* fuction:show current directory path
* return : void
**/
void pwd()
{
char ptr[80]; // create a character array with the size of 80
getcwd(ptr,sizeof(ptr)); //invoke the getcwd() method
cout<<ptr<<endl; //print the directory path
}
/**
* fuction: show current directory's directory or file
* return : void
*/
void dir()
{
DIR * dir; //The DIR data type represents a directory stream
struct dirent* ptr;
int count = 0;
char *dirname;
cin>>dirname;
dir = opendir(dirname);
if(dir == NULL)
{
cout<<"cannot open directory"<<endl;
}
//The opendir function opens and returns a directory stream for reading the
rectory whose file name is dirname
//This readdir function reads the next entry from the directory.
while((ptr = readdir(dir)) != NULL)
{ // if the d_name is equal with "." or ".." ,do nothing
if(strcmp(ptr->d_name, ".") == 0 || strcmp(ptr->d_name, "..") == 0){}
// if not , print the ptr->d_name
else
cout<<ptr->d_name<<" ";
// count the d_name
count++;
// if count % 8 == 0, line feed
if(count % 8 == 0)
cout<<endl;
}
// close directory stream.
closedir(dir);
cout<<endl;
}
/**
* function; change the directory path
* return: void
*/
void cd()
{
char dirname[20];
cin>>dirname;
//if change the directory successful
if(chdir(dirname) == -1)
{
cout<<"the directory is not exit!!!"<<endl;
}
else
{
cout<<"change directory success!!!"<<endl;
}
}
/**
* function : make a new directory
* return: void
*/
void newdir()
{
char filename[20];
cin >> filename;
//S_IFDIR is the mode, the meaning is the file'type is a dirtectory
if(mkdir(filename, 0777) == 0)
{
cout<<filename<<" indecates successful!!!"<<endl;
}
else
{ cout<<filename<<" indecates failure!!!"<<endl;
}
}
/**
* function : delete a directory
* return: void
*/
void deldir()
{
char filename[20];
cin >> filename;
// if delete the dirtectory successful return 0
if(rmdir(filename) == 0)
{
cout<<filename<<" delete successful!!!"<<endl;
}
else
cout<<filename<<" delete failure!!!"<<endl;
}
/**
* function: rename the diretory'name
* return :void
*/
void rename()
{
char filename1[20], filename2[20];
cin>>filename1>>filename2;
// if the directory rename successful it will return 0
if(rename(filename1, filename2) == 0)
{
cout<<filename1<< " success change to "<<filename2<<endl;
}
else
cout<<filename1<< " failure change to "<<filename2<<endl;
}
/**
* function: find the assign directory and child directory's assign file
* return: void
*/
void find()
{
char dirname[50];
cin>>dirname;
// ftw(const char *dir, int(*fn)(const *file, const struct stat *sb,int fl
,int depth)
ftw(dirname, fn,500);
}
/**
* function: ergodic every layer directory and print the files
* @param *file
* @param struct stat *sb
* @param flag
* return int
*/
int fn(const char *file, const struct stat *sb, int flag)
{
if(flag == FTW_D)
cout << file <<"-- directory"<<endl;
else if(flag == FTW_F)
cout << file <<"-- file"<<endl;
return 0;
}
/**
* function: show the current date
* return : void
*/
void date()
{
time_t timeval;
(void)time(&timeval);
string timestr;
// invoke the ctime fuction and return the string
timestr = ctime(&timeval);
cout<<"The date is: "<<timestr<<endl;
}