操作系统第三版实验指导

实验一命令解释程序1.1实验目的掌握命令解释程序的设计方法。学习Windows系统调用的使用，了解目录操作、进程控制等相关知识。理解并发程序中的同步问题。培养C/C++语言程序设计技能，提高程序设计和文档编写能力。锻炼团队成员的交流与合作能力。1.2实验要求1.2.1基本要求本实验要求实现一个简单的命令解释程序，其设计类似于MS-DOS的Command程序，程序应当具有如下一些重要特征：能够执行cd、dir、tasklist、taskkill、history、exit等内部命令。能够创建前台进程和后台进程。此外，还应做到：使用VC建立工程。提供清晰、详细的设计文档和解决方案。本实验的具体要求如下：（1）参考Command命令解释程序，采用控制台命令行输入，命令提示行是当前目录与提示符“”，在提示符后输入命令，执行结果在控制台中显示，如图1-1所示。（2）实现以下内部命令。cd路径切换目录。dir显示指定目录下的文件、目录及磁盘空间等相关信息。tasklist显示系统当前进程信息，包括进程标识符pid、线程数、进程名等。taskkillpid结束系统中正在运行的进程，须提供进程标识pid。history显示控制台中曾经输入过的命令。exit退出控制台。（3）对前台进程和后台进程的操作。本实验设计的命令解释程序可以将进程放在前台执行或者后台执行。操作系统实用教程（第三版）实验指导2图1-1命令解释器界面启动前台进程，即在提示符下输入：fp可执行文件启动后台进程的命令格式为：bg可执行文件解释程序在前台进程运行期间需要一直等待，直到前台进程运行结束才打印命令提示符，而在后台进程运行期间不必等待，会立刻打印出命令提示符，允许用户输入下一条命令。命令解释程序中还需要捕获Ctrl+C组合键的信号来结束前台正在运行的进程，并返回用户输入界面，等待新命令输入。（4）其他要求。该命令解释程序应该具有相应的出错提示功能。程序每次接收用户输入的一行命令，在用户按下回车键（Enter）后开始执行命令。空命令只打印一个新的提示行，不做其他处理。定义空格为分隔符，程序应能处理命令行中出现的重复空格符。提供帮助命令help，供使用者查询每个命令的用法。1.2.2进一步要求（1）实现管道命令。命令格式为：命令{|命令}管道命令的作用是将管道分隔符|前一个命令的输出作为后一个命令的输入。（2）仿照MS-DOSCommand命令解释程序对现有命令语法进行改进，实现命令参数处理功能。例如dir命令，附加/A（显示具有指定属性的文件），附加/B（使用空格式），实验一命令解释程序3附加/C（在文件大小中显示千位数分隔符）等参数。如dir/A。（3）实现进程的前台/后台切换命令，这需要查阅相关WindowsAPI来解决。1.2.3实验步骤建议（1）熟悉Windows相关API函数的调用。（2）编写小程序练习使用这些系统调用。（3）编写命令解释器设计文档。（4）按照设计文档编写代码。（5）不断完善程序细节。（6）测试。（7）写实验报告（包括需求、设计、测试和使用说明等内容，格式可参考1.6节源程序与运行结果之“实验报告模板”）。1.3相关基础知识1.3.1命令解释程序与内核的关系命令解释程序是用户和系统内核之间的接口程序。对于Windows系统来说，由于已经提供了具有良好交互性的图形用户界面，传统的控制台命令解释程序已经很少被广大用户所了解和使用了。但是，对于某些应用，例如删除所有扩展名为tmp的文件，或是删除某些具有特殊名字的病毒文件，在图形用户界面下很难甚至不能完成，这时需要通过Windows提供的Command命令接口来完成。Command程序是一个命令语言解释器，它拥有自己内建的命令集，用户或其他应用程序都可通过对Command程序的调用完成与系统内核的交互。我们可以把系统内核想象成一个球体的中心，Command命令解释程序就是包围内核的外壳，如图1-2所示。内核硬件系统调用：为用户端程序提供内核功能的接口Command：提供用户命令界面，解释和执行用户命令内核：对硬件进行管理系统调用Command图1-2硬件、内核、系统调用以及Command之间的层次关系操作系统实用教程（第三版）实验指导41.3.2系统调用应用程序是以函数调用的方式来通知操作系统执行相应的内核功能。操作系统所能够完成的每一个特殊功能通常都有一个函数与其对应，即操作系统把它所能够完成的功能以函数的形式提供给应用程序使用。应用程序对这些函数的调用叫做系统调用，这些函数的集合就是Windows操作系统提供给应用程序编程的接口（ApplicationProgrammingInterface），简称WindowsAPI或Win32API（注：某些Win32API，如管理Windows线程的API等，它们并没有操纵内核对象，因此不是系统调用。本实验只讨论API的使用，不再做进一步区分）。所有在Win32平台上运行的应用程序都可以调用这些函数。使用WindowsAPI，应用程序可以充分挖掘Windows的32位操作系统的潜力。Microsoft的所有32位平台都支持统一的API，包括函数、结构、消息、宏及接口。使用WindowsAPI不但可以开发出在各种Windows平台上都能运行的应用程序，而且也可以充分利用每个平台特有的功能和属性。Windows的相关API都可以在MSDN中查到，包括定义、使用方法等。下面简单介绍本次实验中所涉及的WindowsAPI。1．GetCurrentDirectory函数功能说明查找当前进程的当前目录，调用成功返回装载到lpBuffer的字节数。格式DWORDGetCurrentDirectory(DWORDnBufferLength,LPTSTRlpBuffer)参数说明nBufferLength：缓冲区的长度。lpBuffer：指定一个预定义字串，用于装载当前目录。2．WaitForSingleObject函数功能说明等待一个事件信号直至该信号出现或是超时。若有信号则返回WAIT_OBJECT_0，若等待超过dwMilliseconds时间还是无信号则返回WAIT_TIMEOUT。格式DWORDWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds)实验一命令解释程序5参数说明hHandle：事件的句柄。dwMilliseconds：最大等待时间，以ms计时。3．SetCurrentDirectory功能说明设置当前目录，非0表示成功，0表示失败。格式BOOLSetCurrentDirectory(LPCTSTRlpPathName)参数说明lpPathName：新设置的当前目录的路径。4．FindFirstFile函数功能说明该函数用于到一个文件夹（包括子文件夹）中搜索指定文件，由这个函数返回的句柄可以作为一个参数用于FindNextFile函数。这样一来，就可以方便地枚举出与lpFileName参数指定的文件名相符的所有文件。格式HANDLEFindFirstFile(LPCTSTRlpFileName,LPWIN32_FIND_DATAlpFindFileData)参数说明lpFileName：文件名字符串。lpFindFileData：指向一个用于保存文件信息的结构体。5．FindNextFile函数功能说明继续查找FindFirstFile函数搜索后的文件。由这个函数返回的句柄可以作为一个参数用于FindNextFile()函数。这样一来，就可以方便地枚举出与lpFileName参数指定的文件名相符的所有文件。格式BOOLFindNextFile(HANDLEhFindFile,LPWIN32_FIND_DATAlpFindFileData)操作系统实用教程（第三版）实验指导6参数说明hFindFile：前一个搜索到的文件的句柄。lpFindFileData：指向一个用于保存文件信息的结构体。6．GetVolumeInformation函数功能说明用于获取磁盘相关信息。格式BOOLGetVolumeInformation(LPCTSTRlpRootPathName,LPTSTRlpVolumeNameBuffer,DWORDnVolumeNameSize,LPDWORDlpVolumeSerialNumber,LPDWORDlpMaximumComponentLength,LPDWORDlpFileSystemFlags,LPTSTRlpFileSystemNameBuffer,DWORDnFileSystemNameSize)参数说明lpRootPathName：磁盘驱动器代码字符串。lpVolumeNameBuffer：磁盘驱动器卷标名称。nVolumeNameSize：磁盘驱动器卷标名称长度。lpVolumeSerialNumber：磁盘驱动器卷标序列号。lpMaximumComponentLength：系统允许的最大文件长度。lpFileSystemFlags：文件系统标识。lpFileSystemNameBuffer：文件系统名称。nFileSystemNameSize：文件系统名称长度。7．GetDiskFreeSpaceEx函数功能说明获取与一个磁盘的组织以及剩余空间容量有关的信息。格式BOOLGetDiskFreeSpaceEx(LPCTSTRlpRootPathName,PULARGE_INTEGERlpFreeBytesAvailableToCaller,PULARGE_INTEGERlpTotalNumberOfBytes,PULARGE_INTEGERlpTotalNumberOfFreeBytes,)参数说明lpRootPathName：不包括卷名的磁盘根路径名。实验一命令解释程序7lpFreeBytesAvailableToCaller：调用者可用的字节数量。lpTotalNumberOfBytes：磁盘上的总字节数。lpTotalNumberOfFreeBytes：磁盘上可用的字节数。8．FileTimeToLocalFileTime函数功能说明将一个FILETIME结构转换成本地时间。格式BOOLFileTimeToLocalFileTime(constFILETIME*lpFileTime,LPFILETIMElpLocalFileTime)参数说明lpFileTime：包含了UTC时间信息的一个结构。lpLocalFileTime：用于装载转换过的本地时间的结构体。9．FileTimeToSystemTime函数功能说明根据一个FILETIME结构的内容，装载一个SYSTEMTIME结构。格式BOOLFileTimeToSystemTime(constFILETIME*lpFileTime，LPSYSTEMTIMElpSystemTime)参数说明lpFileTime：包含了文件时间的一个结构。lpSystemTime：用于装载系统时间信息的一个结构体。10．CreateToolhelp32Snapshot函数功能说明为指定的进程、进程使用的堆（heap）、模块（module）、线程（thread）建立一个快照（snapshot）。快照建立成功则返回快照的句柄，失败则返回INVAID_HANDLE_VALUE。格式HANDLEWINAPICreateToolhelp32Snapshot(DWORDdwFlags,DWORDth32ProcessID)参数说明dwFlags：指定快照中包含的系统内容。操作系统实用教程（第三版）实验指导8th32ProcessID：指定将要快照的进程ID。11．Process32First函数功能说明Process32First是一个进程获取函数，当使用CreateToolhelp32Snapshot()函数获得当前运行进程的快照后，可以使用Process32First()