操作系统实践（四/五）

本次实验课的内容涉及到以下几个方面：
1.文件的内核实现
2.标准的输入输出
3.系统调用dup和pipe

文件最基本的系统调用是open和close，open一个文件后会返回一个fd，作为这个文件的标识，后续有关于这个文件的操作都使用fd去完成。

1.文件的内核实现

文件的内核实现中围绕着四个结构体：索引节点、file结构体、文件描述符表、进程控制块。下面介绍下它们各自存储的内容：
索引节点中保存了文件的大小、文件存放在磁盘的位置、文件的创建时间、修改时间、文件的所有者、文件的访问权限
file结构体file结构体存了被打开文件的信息、文件对应的索引节点(inode)、文件的当前访问位置、文件的打开模式（只读、只写、可读可写）
文件描述符表是一个数组，数组的元素类型是指针，指针指向一个file结构体，用于保存被打开的文件。当内核打开文件时，分配一个file结构体表示被打开的文件，将该file结构体指针保存在文件描述符表中
进程控制块是操作系统表示进程状态的数据结构，存放用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息（进程标识信息、处理机状态、进程调度信息、打开文件列表，即文件描述符表，记录了该进程打开的文件）

2.标准的输入输出

标准的输入输出就是指write和read

write(1, buf, sizeof(buf)); // 标准输入，就是键盘输入
read(0, buf, sizeof(buf)); //标准输出，就是终端输出

3.系统调用dup和pipe

dup（重定向）
dup就是让一个新的fd去指向一个文件，这样文件就有了两个指向。可以把老fd解放出来，去完成其他操作。
还有一个变形的dup2，完成一样的功能。调用方式不同

pipe(管道)
pipe的实现是基于队列，一端作为输入端，一端作为输出端。整体结构如下：

以上就是这次实验课的全部理论学习啦，下面看看作业吧！这次的作业没有关于dup和pipe的内容，是上节课mysys实现的变形。
源代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<string.h>void mysys(char *command) {char *argv[512]; // 这里必须要用动态指针数组，因为execvp最后有一个NULL作为结束标志，静态的二维数组是无法实现的。int num = 0;char temp[512];for (int i=0; command[i]!='\0'; i++) {int index = 0;while (command[i]!='\0' && command[i] != ' ') {temp[index++] = command[i++];}temp[index] = '\0';if (command[i] == '\0')break;argv[num] = (char *)malloc(strlen(temp));strcpy(argv[num], temp);num++;}argv[num] = (char *)malloc(strlen(temp));strcpy(argv[num], temp);num++;argv[num] = NULL;pid_t  pid;if (command == NULL)return ;if ((pid = fork()) < 0) {}else if (pid == 0) {execvp(argv[0], argv);exit(127);}else {sleep(1);}return ;
}int main() {while (1) {write(1, "> ", 3); // 此处可以使用write/* printf("> "); 如果这样使用printf是不可以的，printf有输出缓冲区，遇到\n才会统一调用一次write。实现的方式有两种：1.printf("\n")2.fflush(stdout);*/// 在底层编程时，使用printf就可以，更方便char buf[80];int count;count = read(0, buf, sizeof(buf));// buf[count] = 0; //这个是错的，输入回车后，末尾还会读入一个\nbuf[count-1] = 0;if (strcmp(buf, "exit") == 0)//exit(127)也可以;break;mysys(buf);}return 0;
}

第四次，打板儿！

第五次的内容和上次一样的，区别的是作业，就写在一篇里了。
源代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<string.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>void mysys(char *command) {char *argv[512]; // 这里必须要用动态指针数组，因为execvp最后有一个NULL作为结束标志，静态的二维数组是无法实现的。int num = 0;char temp[512];for (int i=0; command[i]!='\0'; i++) {int index = 0;while (command[i]!='\0' && command[i] != ' ') {temp[index++] = command[i++];}temp[index] = '\0';if (command[i] == '\0')break;argv[num] = (char *)malloc(strlen(temp));strcpy(argv[num], temp);num++;}argv[num] = (char *)malloc(strlen(temp));strcpy(argv[num], temp);num++;argv[num] = NULL;pid_t  pid;if (command == NULL)return ;if ((pid = fork()) < 0) {}else if (pid == 0) {/*思路：对输入命令进行判断，如果是echo再进一步判断有没有重定向标志: >目标文件,如果有按重定向方法写入指定文件，否则按正常echo输出`*/if (strcmp(argv[0], "echo") == 0) {int i, j;int tag = 0;for (i=0; i<num; i++) {for (j=0; argv[i][j] != '\0'; j++) {if (argv[i][j] = '>' && argv[i][j+1] != '\0' && i == num-1) {tag = 1;break;}}if (tag == 1)break;}if (tag == 1) { // tag为1说明存在重定向，下面截取目标文件名及写入内容// 截取文件名char filename[10];int filename_index = 0;for (int j=1; argv[i][j]!='\0'; j++) {filename[filename_index++] = argv[i][j];}filename[filename_index] = '\0';char content[20];int content_index = 0;// 截取内容，已知为echo命令，从5号以后为内容for (int k=5; command[k]!='\0'; k++) {if (command[k] == '>') {content[content_index] = '\0';break;}else content[content_index++] = command[k];}// 使用重定向方式，将fd改为1int fd;fd = open(filename, O_CREAT|O_RDWR, 0777);dup2(fd, 1); // 函数格式(源，目标)write(1, content, sizeof(content));}else {execvp(argv[0], argv);}}elseexecvp(argv[0], argv); exit(127);}else {sleep(1);}return ;
}int main() {while (1) {write(1, "> ", 3); // 此处需要使用write，用printf的话会不输出char buf[80];int count;count = read(0, buf, sizeof(buf));// buf[count] = 0; //这个是错的，输入回车后，末尾还会读入一个\nbuf[count-1] = 0;if (strcmp(buf, "exit") == 0)break;mysys(buf);}return 0;
}

这次的作业主要是增加一个要求：echo另外一个内容写入指定文件（之前的echo是输出到屏幕，重定向后将1号指向文件，就不会在上输出了）。但悲催的是：我这份代码能够完成新功能，对于普通功能的echo没用了(呜呜呜)，也就是echo a b c没了反应，到现在也没找到问题。如果有人看出来，请在下方评论区留言，感谢！

上节课老师还让实现pwd,cd,使用execvp无法完成，想了好久都没有结果，但其实是有系统调用的：

char *cwd = getcwd(buff,sizeof(buff)); // pwd，返回值cwd即为结果
chdir(comnd[1]); // cd,comnd为路径

因作者水平有限，如有错误之处，请在下方评论区指正，谢谢！