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摘 要： 网络操作系统(WebOS)作为一种开放的、公用的和模块化的 Internet 分布式操作系统,使用户使用操作系统 跨越了地域限制。与此同时, 因为只需要使用浏览器, 对本地系统配置要求非常低。本文介绍的 WebOS 是一种基于 Web 的 磁盘操作系统(DOS),阐述了其设计架构、主要组成模块、系统实现以及运行情况,并对 WebOS 的现状以及研究价值进行 了探讨。
关键词： 网络操作系统,磁盘操作系统,文件系统
Design and Implementation of a Web-based DOS Simulation System
YANG Zhu
(Beijing Eastern Jinxin Technology Co., Ltd. Tianjin Hexi Branch, Tianjin 300210)
【Abstract】：As an open, public and modularized Internet distributed operating system, WebOS enables users to use the operating system across geographical restrictions. At the same time, because only a browser is required, the local system configuration requirements are very low. A WebOS introduced in this article is a Web-based Disk Operating System (DOS), which describes its design architecture, system modules, implementation and system operation status. It also discusses the current status and research value of WebOS.
【Key words】：WebOS;disk operating system;file system
引言：早年间, Geoffrey C. Fox 等人发表了多篇论文,提出了 WebWindows 概念, 这是相对较早的WebOS(Web-based Operation System, 网络操作系统) 雏形。WebOS 作为一 种开放的、公用的和模块化的 Internet 分布式操作系统, 一度成为一项炙手可热的技术方向。文献 [1] 对 WebOS 的主要概念进行了完整阐述 [1]。随着云计算技术的广泛 应用, WebOS 又与云计算融合到了一起,曾经有人预测 ： WebOS 可能会被推向一个新的发展高峰 [2]。
WebOS 的最大特点是 ：对系统资源的访问可以跨越 地域限制,且除了浏览器之外不需要安装其他软件。从 WebOS 概念提出到现在,有很多具体的网络操作系统已 经被实现, 例如, G.ho.st (Global Hosted Operating System) 号称全球首个也是唯一一个真正的开放式互联 网操作系统,为个人提供一个基于互联网的免费虚拟计 算机(Virtual Computer,VC)。除此之外, 还有一类 属于仿真系统, 主要是从界面和用户体验角度模仿某种操作系统,主要用于产品演示和学习,例如, Win11React 模拟了 Windows 11 界面和操作,用户可以在线体验 Windows 11(发布于 2021 年 6 月)新界面。
本文介绍一种基于 Web 技术实现的磁盘操作系统 (Disk Operating System, DOS)的模拟系统,将其称 之为 WebDOS,其本质是一种在线文件系统 [3],界面 和操作完全仿照 DOS 系统。
1 技术背景
1.1 技术概要
WebDOS 系统是一种 B/S 架构,系统服务端运行 于远程服务器上,用户使用浏览器通过网络访问本系 统,界面风格和命令格式遵照 MS-DOS version 5.1(不 同软件组织发行了多种版本的 DOS,不同版本之间存 在差异),系统访问过程中,仅需要使用键盘输入命令 即可使用系统全部功能,无需使用鼠标。
作为一种 Web 应用程序, WebDOS 同样分为前端 和后端两大部分, Web 技术方案有多种选择,本方案选取面向 Windows 系统的开发环境作为技术路线,以 ASP 作为服务端的主要编程语言。当然,这并不意味着 此种技术组合是最优方案。如表 1 所示列出了 WebDOS 采用的主要技术应用 及其说明,其中 1~4 为后端技术,5 和 6 为前端技术。
1.2 虚拟文件系统
WebDOS 不只是简单的 DOS 界面模拟, 还具有服 务器文件访问功能。考虑到扩展性和安全性, WebDOS 采用一种虚拟的文件系统,即,用户前端可见的文件路 径并非服务器文件系统的实际物理路径。管理员通过后 端配置,可以将物理目录或者文件映射到指定的虚拟路 径,映射关系保存在后台数据库中,例如,前端用户访 问的“C:\”实际上并不是服务器的真实路径。
2 系统设计
2.1 概要设计
用户通过浏览器访问 WebDOS,进入系统后,可 以按照 MS-DOS 的操作习惯使用系统。整个 WebDOS 系统的原理如图 1 所示,图中实线箭头表示命令流,虚 线箭头表示数据流。
用户输入 DOS 命令,后端服务器收到命名后可做 如下操作 ：
首先,用户的访问信息以及执行的命令将被记录到 后台日志数据库,后续可以进行日志分析。
然后,进行语法解析,先分离出命令和命令的参 数,优先识别内部命令,如果不是内部命令,则尝试查 找可执行文件(即外部命令),命令返回以及报错格式 同 MS-DOS。命令或者参数涉及文件路径的,则需要查 询后台数据库获得实际对应的物理路径,路径支持绝对 路径和相对路径。
最后,执行器根据上述分离出来的命令和参数执行 命令。执行结果按照 DOS 格式返回浏览器,并由前端 CSS 进行风格化或者 JavaScript 进行再处理。WebDOS 系统主要由以下组件组成 ：
(1)日志系统 ：用户登录系统后,登录信息、操作 过程将被日志系统记录到后台数据库,后台可以设置屏 蔽特定 IP 登录系统。
(2)语法解析器 ：用户输入的命令是一个字符串, 语法解析器负责分离出命令关键字和命令参数,有些命 令可以带多个参数,参数个数不固定,例如,以下命令 同时列出 3 个目录的文件 ：dir .\ F:\webdos\works\ download\
(3) 执行器 ：解析器识别命名后, 将由执行器负责 具体执行,可以是内部命令,也可以是外部命令。
(4) 虚拟文件系统 ：为了隔离物理文件, 避免向用 户暴露物理文件系统细节,虚拟文件系统将物理文件路 径衍射为用户访问的虚拟路径。
(5)数据库 ：数据库作用包括保存系统配置参数、 记录日志、保存虚拟文件系统配置,即物理物件路径与 虚拟路径的衍射关系。
2.2 支持的命令
和 MS-DOS 一样, WebDOS 同样把命令分成外部 命令和内部命令两大类,内部命名无需指定命令的路径, 而外部命令需要指定命令所在路径,可以是相对路径也 可以是绝对路径。
如表 2 所示列出了 WebDOS 目前已经支持的内部 命令,同义不同名的命令没有列在表中,例如,命令 “CHDIR”和“CD”作用相同。
WebDOS 提供了丰富的外部命令,包括但不限于 ： Guestbook(留言板)、News(新闻)、Topic(话题)、 Works(作品展示)、Download(下载区)、Link(外 部链接、广告等)。
2.3 路径处理
WebDOS 实现了完备的路径处理功能,用户输入的 路径只要合法,语法解析器就可以在内部将命令正规化 (Normalization), 后续处理流程将仅使用正规化的路 径。例如,当前路径为 F:\webdos\works\,以下路径 ：
..\..\XXX\YYY\..\.\ZZZ
将被正规化为 ：
F:\XXX\ZZZ
2.4 可变参数命令
可变参数命令是指参数个数不固定的命令, WebDOS 的语法解析器支持可变参数命令解析,以“DIR”命令 为例,假设当前路径为 F:\webdos\,现有以下命令 ：
dir . : \ C:
命令带有 4 个参数,经正规化后分别为 ：F:\webdos、:、 F:、C:, 在命令执行阶段, 执行器将报告第 2 个参数为 无效路径,返回“File not found or forbidden. ”错误, 后续第 3 个和第 4 个参数继续执行。
2.5 易用性设计
和 DOS 系统一样,因为只能使用命令行完成所有 操作,所以,对用户来说操作上有一定的难度。为了增 强易用性,WebDOS 提供了多种帮助信息获取途径 ：
(1)直接键入“HELP”获得系统命令帮助列表。
(2)任何内部和外部命令都可以使用“/?”参数获 得当前命令的帮助信息。
(3)“HELP + 命令”作用同(2)。
(4) F:\webdos\manual.asp 是 WebDOS 的使用手册。
3 系统实现与现状
WebDOS 系统已于 2007 年 5 月正式发布并上线运 行, 经过多次升级, 目前运行稳定, 累计独立访问 IP 超过 16000 个。于 2022 年取得计算机软件著作权登记 证书(登记号 ：2022SR0534257)。
如图 2 所示,展示了 WebDOS 的“DIR”内部命令 执行效果,如图 3 所示,展示了 Guestbook 外部命令执 行效果。
4 缺陷与改进方向
如前所述,目前已经完成了 WebDOS 架构设计, 且发布了可以迭代的演示版本,功能和风格完全参照 MS-DOS。但是,WebDOS 尚待完善,主要包括 ：
(1)MS-DOS 支持 110 多种内部命令 [4],WebDOS 目前仅实现了其中一部分,还有诸多命令有待实现。
(2) MS-DOS 没有用户管理,但是 WebDOS 作为一 种网络应用程序,为了持久化保存不同用户的操作,需要 建立用户管理机制,目前,此部分功能尚未设计与实现。
5 结语
WebOS 兴起于 20 世纪末,并迅速发展为技术热点,包括 Google 在内的国内外知名软件公司都投入了大量研发力量,一些基于 Web 的操作系统纷纷被推出, 例如,YouOS 与 EyeOS 等。但是到了 2008 年左右(例 如, 2008 年 10 月微软正式推出了云计算产品 Windows Azure Platform,标志着微软云计算的软件平台已经建 立 [5]),云计算逐渐成为新“宠儿”。WebOS 逐渐被虚 拟化和云平台取代, WebOS 的研发项目纷纷停止,例 如,2011 年 8 月惠普宣布放弃 WebOS 运营 [6]。
网络操作系统市场虽然已经退潮,但并不意味着用 户需求就此消失,用户期望通过浏览器随时随地访问自 己的操作系统,而不需要复杂的部署,这种需求始终存 在,只是因为市场的裹挟,抑制了用户需求。本文讨论 的技术方向仍然存有其价值。
参考文献
[1] Amin Vahdat,Paul Eastham,Chad Yoshikawa,et al.WebOS:Operating System Services for Wide Area Applications[R]. Chicago Illinois,July,1998.
[2] 李慧云,陆钢,梁柏青,等.WebOS现状和发展趋势分析[J].信 息通信技术,2014(2):57-62.
[3] 李大光.基于WebOS的文件系统的设计与实现[D].成都:电 子科技大学,2013.
[4] 刘晶.DOS命令速查手册[M].北京:化学工业出版社,2010. [5] 罗达强.探析Windows Azure Platform微软云计算平台 [J].硅谷,2010(16):9-10.
[6] 单祥茹.WebOS之殇操作系统之困[J].中国电子商情(基础电 子),2011(10):90.
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