Linux编写一个极简版本的Shell
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本博客主要内容在Linux环境下，简易实现了一个Shell，顺便讲解和实现了一些内建命令
文章目录
- Linux编写一个极简版本的Shell
- ①读取命令行
- ②父子进程框架
- ③切割命令行
- ④子进程借用分割的结果来替换程序
- ⑤优化：
- ⑥内建命令(重要)
首先我们观察到：
bash的命令行提示符：[用户名@主机名 当前目录]
[mi@lavm-5wklnbmaja demo1]
所以我们无限循环去打印这个命令行提示符
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
while(1)
{
printf("[xupt@my_machine currpath]#");
//这里因为我们不能加换行，所以得刷新缓冲区
fflush(stdout);
sleep(1);
}
return 0;
}
运行效果：
①读取命令行
接下来我们就要获取命令输入的命令行参数：
我们创建一个字符数组用来专门存放用户输入的命令行
#define MAX 1024 //因为命令行最长支持到1024
char commondstr[MAX] = {0};
我们用fgets来获取命令行
fgets(commondstr, sizeof(commondstr), stdin);
我们测试一下：
结果正常，但是我们的命令重新被打印的时候多打印了一个换行符，因为fgets读取了换行符，并且存储到了commondstr中了.
[mi@lavm-5wklnbmaja demo1]$ ./myshell
[xupt@my_machine currpath]#ls -a
ls -a
解决方案：
commondstr[strlen(commondstr) - 1] = '\0';//处理fget获取了换行符的问题
运行结果：
②父子进程框架
这个时候我们就需要用到子进程了，因为执行命令行的时候需要用到程序替换，那么如果我们用父进程的话，直接就全崩掉了。
每次输入命令，都把命令交给子进程去执行，而父进程去等待子进程就好了：
pid_t id = fork();
assert(id >= 0);
(void) id; //和上面的处理原因一样
if(id == 0)
{
//child
}
int status = 0;
waitpid(id, &status, 0);
在子进程执行之前，我们先要将用户输入进来的命令行进行拆分
③切割命令行
切割的原理很简单，我们只需要把命令行中间的空格变成\0即可。
ls -a -l ----> ls\0-a\0-l;
这个时候我们要引入一个C库提供的函数strtok,它是一个专门用来分隔字符串的函数。
我们需要封装一下这个函数来达到为我们分割命令行的目的：
注意strtok函数第二次切割的时候只需要传入NULL即可。
int split(char* commondstr, char* argv[])
{
assert(commondstr);
assert(argv);
argv[0] = strtok(commondstr, SEP);
int i = 1;
while((argv[i++] = strtok(NULL, SEP)));
// {
// argv[i] = strtok(NULL, SEP);
// if(argv[i] == NULL) break;
// i++;
// }
//表示切割成功
return 0;
}
main函数内部这样去调用分割函数
int n = split(commondstr, argv);
//等于0表示切割成功
if(n != 0) continue;
//DebugPrint(argv);
我们再设计一个函数来打印我们切割的结果，查看我们切割的结果是否正确：
void DebugPrint(char* argv[])
{
for(int i = 0; argv[i]; ++i)
{
printf("%d : %s\n", i, argv[i]);
}
}
运行结果：
④子进程借用分割的结果来替换程序
因为我们用split函数将命令行分装到argv字符串指针数组内部了，所以我们只能用带v的加载函数。
另外因为我们不能固定路径，所以我们也只能用带p的。
所以综上：我们的加载函数就选择到了execvp函数：
在子进程内部调用：
if(id == 0)
{
//child
execvp(argv[0], argv);
exit(0);
}
那么这时候我们在运行一下：
⑤优化：
我们看到我们在用bash提供的ls的时候，它产生的结果是带有颜色的。
但是我们自己实现的简易Shell是没有颜色的，那么这到底是为什么？
我们which ls查看一下，原来系统在ls后边面追加了一个参数--color==auto;
那么我们也可以对我们的简易Shell进行一些优化让他支持这样的显示：
我们只需要在代码中特判一下即可：
if(strcmp(argv[0], "ls") == 0)
{
//先找到末尾
int pos = 0;
while(argv[pos]) pos++;
//追加color参数
argv[pos] = (char*)"--color=auto";
//安全处理
pos++;
argv[pos] = NULL;
}
运行效果：
⑥内建命令(重要)
（1）内建命令的概念：
—>首先我们先明确一下内建命令/内置命令的概念,就是让我们bash自己执行的命令，我们称之为内建命令/内置命令。
（2）cd命令
当我们在我们的简易Shell中切换目录时：
我们发现不论我们怎么切换目录，结果都是目录没有变化，**原因是我们是在子进程中运行这些命令行的，**进程具有独立性。其实我们切换目录是切换了子进程的目录，但是父进程也就是我们pwd显示的目录却没有任何变化,并且这里其实pwd的也是子进程的当前目录，但是因为子进程在执行完cd命令后，就被exit了。当我们再执行pwd的时候是一个新的子进程在帮我们完成这个命令，因为我们之前cd没有改变父进程的当前目录，那么新创建的子进程的目录也就变成了和父进程一样的，所以看起来我们就是没有改变当前目录一样。
所以这里的cd命令，我们要在父进程中交给一个函数chdir()来让我们的bash来执行:
代码：
//当我们输入cd命令的时候
if(strcmp(argv[0], "cd") == 0)
{
if(argv[1] != NULL) chdir(argv[1]);
continue;
}
运行结果：
（3）export命令
此外不止我们的cd，包括我们当时去在bash中执行我们的export添加环境变量的时候，实际上是添加到我们的bash内部的，那么如果我们的简易Shell去把这个命令交给我们的子进程去执行了，那么就不太合适了，应该让我们的父进程自行去执行这个命令！
所以我们依旧采用内建命令的方式：
//当我们输入export命令时
if(strcmp(argv[0], "export") == 0)
{
//我们把这个环境变量存储在我们自己设定的数组内部
if(argv[1] != NULL)
{
strcpy(myenv[env_index], argv[1]);
//再将数组内部的环境变量放到父进程的环境变量中
putenv(myenv[env_index++]);
}
}
我们尝试测试一下：
最终我们找到了
但是我们的env打印的好像是子进程的环境变量，这似乎不是我们想要的，我们应该想要的是父进程的环境变量，所以我们再做一下处理：
我们自行实现一个函数去打印我们的环境变量：
void PrintEnv()
{
extern char **environ;
for(int i = 0; environ[i]; ++i)
{
printf("%d:%s\n",i, environ[i]);
}
}
//当我们查看环境变量的时候
if(strcmp(argv[0], "env") == 0)
{
PrintEnv();
continue;
}
运行效果：
所以其实我们之前学习的几乎所有的环境变量，相关的命令都是内建命令。
我们在将echo支持成内建命令：
//当我们echo的时候
if(strcmp(argv[0], "echo") == 0)
{
//先确认一下echo后面第一个跟的是$
if(argv[1][0] == '$')
{
char* env_ret = getenv(argv[1] + 1);
if(env_ret != NULL)
{
printf("%s=%s\n", argv[1] + 1, env_ret);
}
}
continue;
}
运行结果：
既然支持了环境变量的查询，我们再来顺便支持一下进程退出码的支持，也就是我们的echo $?
//当我们echo的时候
if(strcmp(argv[0], "echo") == 0)
{
//先确认一下echo后面第一个跟的是$
if(argv[1][0] == '$')
{
if(argv[1][1] == '?')
{
printf("%d\n", last_exit);
continue;
}
else
{
char* env_ret = getenv(argv[1] + 1);
if(env_ret != NULL) printf("%s=%s \n", argv[1] + 1, env_ret);
}
}
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
if(ret > 0)
{
last_exit = WEXITSTATUS(status);//last_exit我们放在main函数里但不要放在循环里，他要长期保留。
}
测试结果：
⑦代码汇总：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
//因为命令行最长支持到1024
#define MAX 1024
//限制最多切割为64段
#define ARGC 64
#define SEP " "
int split(char* commondstr, char* argv[])
{
assert(commondstr);
assert(argv);
argv[0] = strtok(commondstr, SEP);
int i = 1;
while((argv[i++] = strtok(NULL, SEP)));
// {
// argv[i] = strtok(NULL, SEP);
// if(argv[i] == NULL) break;
// i++;
// }
//表示切割成功
return 0;
}
void PrintEnv()
{
extern char **environ;
for(int i = 0; environ[i]; ++i)
{
printf("%d:%s\n",i, environ[i]);
}
}
void DebugPrint(char* argv[])
{
for(int i = 0; argv[i]; ++i)
{
printf("%d : %s\n", i, argv[i]);
}
}
int main()
{
int last_exit = 0; //存储上一个进程的退出码
int env_index = 0; //环境变量数组的下标
char myenv[32][64];
while(1)
{
//每次进来都初始化一下
char commondstr[MAX] = {0};
char* argv[ARGC] = {NULL};
printf("[xupt@my_machine currpath]#");
fflush(stdout);
//这里因为我们不能加换行，所以得刷新缓冲区
char* s = fgets(commondstr, sizeof(commondstr), stdin);
assert(s);
(void)s;//保证在release发布的时候，因为assert去掉，而导致s没有被使用过而产生的告警，什么都没做，充当一次使用
commondstr[strlen(commondstr) - 1] = '\0'; //解决了fgets读入换行符的问题
int n = split(commondstr, argv);
//等于0表示切割成功
if(n != 0) continue;
//DebugPrint(argv);
//当我们输入export命令时
if(strcmp(argv[0], "export") == 0)
{
//我们把这个环境变量存储在我们自己设定的数组内部
if(argv[1] != NULL)
strcpy(myenv[env_index], argv[1]);
//再将数组内部的环境变量放到父进程的环境变量中
putenv(myenv[env_index++]);
}
}
//当我们查看环境变量的时候
if(strcmp(argv[0], "env") == 0)
{
PrintEnv();
continue;
}
//当我们echo的时候
if(strcmp(argv[0], "echo") == 0)
{
//先确认一下echo后面第一个跟的是$
if(argv[1][0] == '$')
{
if(argv[1][1] == '?')
{
printf("%d\n", last_exit);
continue;
}
else
{
char* env_ret = getenv(argv[1] + 1);
if(env_ret != NULL) printf("%s=%s \n", argv[1] + 1, env_ret);
}
}
continue;
}
//当我们输入cd命令的时候
if(strcmp(argv[0], "cd") == 0)
{
if(argv[1] != NULL) chdir(argv[1]);
continue;
}
//当我们输入ls命令的时候
if(strcmp(argv[0], "ls") == 0)
{
//先找到末尾
int pos = 0;
while(argv[pos]) pos++;
//追加color参数
argv[pos] = (char*)"--color=auto";
//安全处理
pos++;
argv[pos] = NULL;
}
pid_t id = fork();
assert(id >= 0);
(void) id; //和上面的处理原因一样
if(id == 0)
{
//child
execvp(argv[0], argv);
exit(0);
}
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
if(ret > 0)
{
last_exit = WEXITSTATUS(status);
}
// printf("%s\n", commondstr);
}
return 0;
}
到这本篇博客的内容就到此结束了。
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