基于Linux Shell脚本学生管理系统的设计与实现

湖北民族大学2021年春季考查课试卷

A或B

A 卷

课 程

Linux系统及编程

使用班级

0320203-04

制卷份数

姓名

命题人

张华

试卷审核人

单位审核人

答题纸数

班级

题 号

一

二

三

四

五

六

七

八

九

十

合计

学号

评 分

分数

阅卷人

 

考查形式为论文撰写，要求如下：

1. 内容：

以一个实际Linux Shell脚本管理系统为核心，从系统产生背景、问题提出、问题分析、系统分析、系统设计、系统实现等方面进行阐述。

1. 具体要求：

１、题名要求简明扼要，能反映论文主题；摘要必须说明研究目的、方法、结果、结论，字数200字左右为宜，忌与引言及结论中的内容雷同;

2、 字数3000~5000 字

3、 论文参考架构 （请注意各级内容的字体格式，以示区分）
论文标题 (三号黑体)
班级、学号、姓名 （五号宋）

摘 要（五号黑）： 内容（五号宋）

关键字（五号黑）： 内容（五号宋）

1　引言

1. 系统设计　　　（小三黑）
   1. 设计原则 (四号黑)

   正文（五号宋）

   1. 功能模块划分
2. 系统实现
   1. 实现技术
   2. 具体实现
   3. 性能优化（如果有的话）
3. 结束语

 

评分标准：

内容主题符合20分，系统设计30分，系统实现30分，格式规范20分，合计100分

 

基于Linux Shell脚本学生管理系统的设计与实现

目录

1．绪论    3

1．1 研究背景以及意义    3

1．2 Linux特点    3

1．3 Shell脚本介绍    3

2．脚本设计    3

2．1 系统概要设计    3

2．2 系统功能模块    3

2．2．1 模块层次图    3

2．2．2 数据存储体系    4

2．2．3 系统流程图    4

2．2．4 菜单设计    5

3．脚本实现    6

3．1 登录注册模块    6

3．2 增加数据模块举例（添加学院）    7

3．3 删除数据模块举例（删除学生）    8

3．4 修改数据模块举例（更新学院）    9

3．5 查询数据模块举例（成绩统计）    11

总结与展望    13

 

 

1．绪论

1．1研究背景以及意义

Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和Unix的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的Unix工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。

Shell的开发与使用是Linux操作系统日渐普及的产物。而对于微型Linux系统shell的研究是Linux研究的重点。利用微型的shell，不仅可以让用户更容易操作Linux,也可以帮助用户理解Linux工作原理，同时保护内核的安全性。本文对shell的研究包括对其功能的了解，并实现对shell的列表、管道、输入重定向、输出重定向等命令功能，可以比较全面地认识shell解释器，编写出可以实现的各种功能的具体代码，这样来编写一个简易的Linux。

1．2 Linux特点

Linux采取了许多安全技术措施，其中有对读、写进行权限控制、审计跟踪、核心授权等技术，这些都为安全提供了保障。Linux由于需要应用到网络服务器，这对稳定性也有比较高的要求，实际上Linux在这方面也十分出色。Linux系统在设计的时候就是针对多用户环境的，所以对系统文件，用户文件都做了明确地区分，每个文件都有不同的用户属性，作为一个普通用户，通常只能读写自己的文件，而对一般的系统文件只能读取不能改动，一些敏感的系统文件甚至连读取都是被禁止的，这种设计从根本上保证了系统的安全性，即使一个用户文件出现了问题，也不会殃及整个系统。

1．3 Shell脚本介绍

shell是一个命令解释器，它在操作系统的最外层，负责直接与用户对话，把用户的输入解释给操作系统，并处理各种各样的操作系统的输出结果，输出到屏幕返回给用户。这种对话方式可以是交互的方式（从键盘输入命令，可以立即得到shell的回应），或非交互（执行脚本程序）的方式。

2．脚本设计

2．1 脚本概要设计

概要设计的主要任务是设计软件结构和数据结构。设计软件结构的具体任务是：将一个复杂系统按功能进行模块划分、建立模块的层次结构及调用关系、确定模块间的接口及人机界面等。数据结构设计包括数据特征的描述、确定数据的结构特性、以及数据库的设计。显然，概要设计建立的是目标系统的逻辑模型，与计算机无关。总体设计包括系统模块结构设计和计算机物理系统的配置方案设计。

整体分为三个功能模块，分别是学院信息管理、学生信息管理以及成绩信息管理，用户登录后可通过输入相应编号进入不同的功能模块，相应能对各模块的数据功能进行增删改查操作，且能将操作永久存储至系统磁盘。

2．2 系统功能模块

shell是一个命令解释器，它在操作系统的最外层，负责直接与用户对话，把用户的输入解释给操作系统，并处理各种各样的操作系统的输出结果，输出到屏幕返回给用户。这种对话方式可以是交互的方式（从键盘输入命令，可以立即得到shell的回应），或非交互（执行脚本程序）的方式。

2．2．1模块层次图

shell是一个命令解释器，它在操作系统的最外层，负责直接与用户对话，把用户的输入解释给操作系统，并处理各种各样的操作系统的输出结果，输出到屏幕返回给用户。这种对话方式可以是交互的方式（从键盘输入命令，可以立即得到shell的回应），或非交互（执行脚本程序）的方式。

 

图2.1 模块层次图

2．2．2数据存储体系

数据存储使用文件储存方式实现，分为用户密码存储文件、学院存储文件、学生存储文件以及分数存储文件，都单独存放于各自文件中，需要时使用awk命令读取。

图2.2 数据文件分布图

2．2．3系统流程图

系统主要以CRUD操作为主，每次执行增加操作时，需要检测数据库中是否已经存在；删除操作时，需要查询数据库中是否已有相应的数据；改修数据时既需要判断用户输入的数据是否存在，也需要判断修改后的数据是否符合条件；查询时，直接按行读取数据库中的数据，而后显示即可，但查询成绩时，需要对数据进行排序而后输出前三名或总分前五名。下面是具体的流程图：

图2.3 系统流程图

2．2．4菜单设计

菜单设计中，主要以功能模块为主，交互式友好度为辅下面详见程序菜单运行图：

图2.4.1 登录菜单

图2.4.2 主菜单

 

图2.4.3 学院管理菜单

图2.4.4 学生管理菜单

图2.4.5 成绩管理菜单

3．脚本实现

3．1 登录注册模块

登录功能的实现，首先让用户输入用户名，再根据用户输入的用户名使用awk命令组合管道，在数据库中寻找对应的密码，再取出存入变量中，而后再判断用户输入的密码是否与数据库中的密码一致，如果一致则登录成功，进入欢迎页面，如果失败则提醒用户登录失败，需要重新输入用户名以密码。

 

login() {

    read -p "请输入用户名:" user_name

    a="$(cat file | awk '$1=="'$user_name'"' | cut -d ' ' -f2-)"

    b=$(echo "$a" | sed 's/ //g')

    cat file | awk '$1=="'$user_name'"' &>/dev/null

    if [ $? -eq 0 ]; then

        read -s -p "请输入你的密码:" user_passwd

        c=$(echo $user_passwd | sed 's/ //g')

        if [[ "$b" == "$c" ]]; then

            clear

            echo "登录成功！"

        else

            clear

            echo "密码验证不正确,请选择 1. 重新创建 2. 重新登录 3. 退出系统"

            read choice

            case $choice in

            1)

                create_user

                ;;

            2)

                login

                ;;

            3|*)

                echo "退出系统"

                exit 0

                ;;

            esac

        fi

    else

        echo "该用户不存在，请选择 1. 重新创建 2. 重新登录 3. 退出系统"

        #创建用户

        clear

        read choice

        case $choice in

        1)

            create_user

            ;;

        2)

            login

            ;;

        3|*)

            echo "退出系统"

            exit 0

            ;;

        esac

    fi

    #登录成功，跳转至欢迎页

    Welcome

}

 

图3.1.1 创建用户

图3.1.2 登录成功

3．2增加数据模块举例（添加学院）

学院信息管理模块中，主要是对数据规范性做文章，当添加学院信息时，需要检测新添加的学院是否存在于数据库中，且各字段不能为空，所以一般在增删改查中需要编写大量的数据校验代码。

添加学院校验代码：

add_school() {

    read -p "学院编号:" school_num

    #防止输入空格

    while [ "$school_num" = '' ]; do

        read -p "输入的学院编号不能为空，请重新输入学院编号:" school_num

    done

    while grep -w "$school_num" "$schools_db" >/dev/null; do

        echo "已经存在该编号的学院了，请改用其他编号！"

        read -p "学院编号:" school_num

    done

    read -p "学院名称:" school_name

    #防止输入空格

    while [ "$school_name" = '' ]; do

        read -p "输入的学院名称不能为空，请重新输入学院名称:" school_name

    done

    #符合规则，将其写入到数据库中

    echo -e "$school_num,\t$school_name,\r" >>$schools_db

}

 

图3.2.1 添加学院

图3.2.2 添加学院时输入已存在的数据

3．3删除数据模块举例（删除学生）

删除模块较为简单，只需要用户输入数据后，进行一次查询判断即可完成，如果存在数据则删除，如果数据不存在则提示数据不存在。

#2.删除学生

del_student() {

    read -p "请输入要删除的学生的学号：" num

    echo "该学生的信息为："

    grep "^$num" $students_db

    read -p "确定删除吗?[yes|no]" choice

    case "$choice" in

    yes)

        sed -i -e "/^$num/d" $students_db

        if [ "$?" -eq 0 ]; then

            echo "删除成功"

        else

            echo "不存在该条记录或者删除失败"

        fi

        ;;

    no)

        :

        ;;

    *)

        echo "请输入[yes|no]"

        del_student

        ;;

    esac

}

 

图3.3 删除学生

3．4修改数据模块举例（更新学院）

相对较为复杂的是修改学院，因为其涉及判断输入编号以及字段是否为空、以及输入字段不存在等相关校验信息，且修改时可能还会涉及多表修改，具体代码为：

#5.修改学院信息

update_school() {

    echo "--------------------------"

    read -p "输入学院编号:" school_num

    #防止输入空格

    while [ "$school_num" = '' ]; do

        read -p "输入有误，请重新。输入学院编号:" school_num

    done

    while ! grep -w "$school_num" "$schools_db" >/dev/null; do

        echo "不存在该编号的学院，请输入编号存在的学院编号: "

        read -p "输入学院编号:" school_num

        #防止输入空格

        while [ "$school_num" = '' ]; do

            read -p "输入有误，请重新。输入学院编号:" school_num

        done

    done

    echo "--------------------------"

    echo -e "编号\t学院\t"

    grep -w $school_num $schools_db

    echo "--------------------------"

    read -p "要修改的字段信息::" str1

    #防止输入空格

    while [ "$str1" = '' ]; do

        read -p "输入有误，请重新。要修改的字段信息::" str1

    done

    while ! grep -w "$school_num,.*," "$schools_db" | grep -w "$str1" >/dev/null; do

        echo "不存在该字段，请重新输入:"

        read str1

        #防止输入空格

        while [ "$str1" = '' ]; do

            read -p "输入有误，请重新。要修改的字段信息::" str1

        done

    done

    read -p "修改后的字段信息" str2

    #防止输入空格

    while [ "$str2" = '' ]; do

        read -p "输入有误，请重新。修改后的字段信息:" str2

    done

    read -p "确定修改吗?[y|n]" choice

    case "$choice" in

    yes|y)

        sed -i "/${school_num#,}/ s/$str1/$str2/" $schools_db

        if [ "$?" -eq 0 ]; then

            echo "修改成功"

            echo "--------------------------"

            echo "修改后的学院信息"

            echo -e "编号\t学院\t"

            cat $schools_db

            if [ "$str1" = "$school_num" ]; then #如果修改的是学院编号还要修改学生表里的学院编号

                sed -i "/${school_num#,}/ s/$str1/$str2/" $students_db

            fi

        else

            echo "修改失败"

        fi

        ;;

    no|n)

        :

        ;;

    *)

        echo "请输入[yes|no]"

        del_student

        ;;

    esac

}

    修改学院模块会涉及schools_db数据库与students_db数据库的联合查询，确保数据有效性。

图3.4 修改学院流程图

 

3．5查询数据模块举例（成绩统计）

查询数据模块中比较有特色的是成绩统计功能，这里主要研究的是统计各科目的前三名和个人总成绩前五，这里使用awk命令加管道，再利用sed命令取出前几条数据将其输出。

#6.个人总成绩前5名排序

sort_score_sum_five() {

    echo "-----------总成绩前1到5名---------------"

    printf "学号\t总成绩\t排名\t\n"

    awk -F"," '{ary[$1]+=$4} END{for(key in ary) print key "," ary[key]",\t"}' $scores_db | sort -r -n -t',' -k 2 | awk -F"," '{print $1 ",\t" $2",\t" NR ",\t"}' | sed -n '1,5p'

    echo "--------------------------"

}

 

#7.每个学科的前3名

such_course_sort_score() {

    awk 'BEGIN{FS=","}{ary[$3]=$3} END{for(key in ary) print ary[key]}' $scores_db >temp

    size=$(cat temp | wc -l)

    top=1

    while [ "$top" -le "$size" ]; do

        var=$(sed -n "$top p" temp)

        grep "$var," $scores_db | sort -r -n -t "," -k 4 | sed -n '1,3p' | awk 'BEGIN{FS="," ; printf "科目\t学号\t姓名\t排名\t\n"}{printf $3 "\t" $1 "\t" $2 "\t" NR "\t\n"}' | column -t

        echo ""

        top=$(($top + 1))

    done

    rm -rf temp

}

 

图3.5.1 每科的前3名

图3.5.2 个人总成绩前5名

 

 

总结与展望

在互联网和Linux系统不断发展的今天，以Linux系统为代表的服务器技术及产品得到了极大的推广， Shell脚本程序也是花样翻新层出不穷。通过这次设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。基于Linux Shell脚本学生管理系统设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合进一步提高思想觉悟，将以前学习的知识串联起来并进一步巩固。

在本次论文设计的 Shell脚本开发过程中，也学习到了很多软件工程领域的规范化的开发方法、数据存储同时也锻炼了自己查找资料和文档撰写的能力。在需求分析阶段，我根据所学Linux系统及编程理论知识，特别是需求分析、总体设计、详细设计部分的知识，和其中的分析和建模的方法，设计了需要实现的基本功能。提出

本项目所要实现的目标，系统性能、安全性、可靠性方面的要求等。在系统设计阶段，我们又仔细复习教材中

关于概要设计中应用的相关方法、应注意的几个问题和概要设计阶段的目标，在需求分析的基础上有提出了更

具体的可行性分析和实现方案。

通过这次开发使自己对知识的运用能力得到提升，而且还锻炼了我的自学能力，更重要的是培养了观

察、分析和解决问题的实际工作能力，对以后的工作将会起到较大作用。

 

论文源文件：

https://xiaochengzi.lanzoui.com/i1sZPs2dn8j

程序源文件：

https://xiaochengzi.lanzoui.com/iB1Zds2dpkd