【Linux学习】实现一个简单版的Shell
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目录
- `前言`
- `shell`
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- `Shell的工作原理`
- `Shell的高级功能`
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- `shell的代码实现`
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- `实现一:打印命令行提示符，获取用户输入的命令字符串`
- `实现二:对命令行字符串进行切割`
- `实现三：执行指令`
- ` 实现四：处理内建命令`
-
- `⭐总代码实现`
前言
本篇文章主要讲解一个简单版的shell的实现，看完这篇文章，你可以对shell的运行原理，Linux进程相关知识等有一个更深入的认识和理解，适合刚入门Linux的初学者学习。
自定义shell根据下面所述的原理一共分为四个部分实现。（分别为就命令行的输入，解析，执行，内建指令的执行）还包括了对一些细节的处理…
shell
Shell是Unix/Linux系统中的一个特殊程序，是用户与操作系统内核交互的接口。用户通过Shell向操作系统输入命令，Shell负责将这些命令解析并传递给内核执行，然后将执行结果返回给用户。Shell既是一种命令解释器，也是一种功能强大的编程语言。
Shell的工作原理
可以概括为以下几个步骤：
命令行输入：用户在命令行界面输入命令。命令解析：Shell接收用户的输入，并对命令进行解析。这个过程包括解析命令名、参数、选项等，将其转换成计算机可以理解的形式。命令执行：解析完成后，Shell会执行相应的命令。这通常涉及到调用系统调用或者启动新的进程来执行命令。结果输出：命令执行完成后，Shell将结果输出到命令行界面，供用户查看。
在整个过程中，Shell还会维护一些上下文信息，例如当前的工作目录、环境变量等，这些信息会影响命令的执行结果。
Shell的高级功能
命令补全：用户输入命令时，Shell会自动补全命令名或参数，提高输入效率。历史命令查看：用户可以通过特定的命令或快捷键查看之前输入的历史命令，方便重复执行或编辑。管道和重定向：支持管道（|）和重定向（>、<）功能，可以将一个命令的输出作为另一个命令的输入，或将命令的输出保存到文件中。别名和函数：用户可以定义命令的别名或函数，以简化命令的输入或实现复杂的操作。- …
shell的代码实现
实现一:打印命令行提示符，获取用户输入的命令字符串
如上图所示，我们可以发现：命令提示符是一个长字符串，其中包括了用户名，主机名，以及当前的工作目录。
根据前面的文章的学习，我们可以利用环境变量来获取这三个信息。
自己可以利用env指令查看，这里就不赘述了。
用户名：USER
主机名：HOSTNAME
当前工作目录:PWD
打印命令行提示符的代码实现：
const ｃｈａｒ* HostName() { ｃｈａｒ *hostname = getenv("HOSTNAME"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } const ｃｈａｒ* UserName() { ｃｈａｒ *hostname = getenv("USER"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } const ｃｈａｒ *CurrentWorkDir() { ｃｈａｒ *hostname = getenv("PWD"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } printf("[%s@%s %s]$ ", UserName(), HostName(), CurrentWorkDir()); 获取用户输入指令
这里需要获取的是用户输入的指令，指令一般都是一个字符串，但是值得注意的是：这里不能使用scanf函数，原因是scanf遇到空格就会停止获取，但是我们输入的指令常常含有空格（例如ls -a -l）。
可以使用其他的函数，比如c++中的getline，C中的fgets函数等等。这里选取的是fgets函数，简单介绍一下：参数解释：参数一是获取的内容存放的地方，参数二是大小，参数三是在哪里获取（这里我们是在键盘中获取，所以填写stdin即可）；注意：当我们输入的时候，回车也会被fgets获取，所以要考虑是否需要处理；
代码实现：
ｃｈａｒ commandline[SIZE]; //存放命令 fgets(commandline, SIZE, stdin); commandline[strlen(commandline)-1] = '\0'; // commandline是空串的情况? 该部分整体封装后的代码：
int Interactive(ｃｈａｒ out[], int size) //返回值是为了处理后面的情况 { // 输出提示符并获取用户输入的命令字符串"ls -a -l" printf("[%s@%s %s]$ ", UserName(), HostName(), CurrentWorkDir()); fgets(out, size, stdin); out[strlen(out)-1] = 0; // commandline是空串的情况? return strlen(out); //返回命令字符串的长度 } 实现二:对命令行字符串进行切割
根据上一篇文章对进程替换相关的接口进行的讲解，这里我们切割后放在一个ｃｈａｒ* 的数组中，方便只用接口；
这个介绍strtok函数，可以将一个字符串以指定的分隔符进行切割开，下面进行简单介绍。参数介绍:参数一是需要切割的字符串，参数二是什么作为分隔符。
注意：
- 只需要靠前次调用的时候将靠前个参数设置为该字符串，后面只需要设置为NULL即可。
- 当剩余字符串不能够再分隔的时候，会返回一个NULL；
字符串分割的代码实现：
//将指令字符串切割后放到argv数组中 void Split(ｃｈａｒ in[]) { int i = 0; argv[i++] = strtok(in, SEP); // "ls -a -l" while(argv[i++] = strtok(NULL, SEP)); //细节一:当字符串不能再切割的时候，返回NULL给argv后，再回来判断，不满足，直接退出循环 //并且根据上面一篇文章可知，argv数组必须以NULL结尾 if(strcmp(argv[0], "ls") ==0) //如果为指令ls，则特殊处理，目的是给显示添加高光 { argv[i-1] = (ｃｈａｒ*)"--color"; argv[i] = NULL; } } 实现三：执行指令
执行这些指令，不能使用主进程去执行，因为如果只用主进程去执行，如果遇到错误就崩溃了。但是为我们可以发现shell是一直运行的，出错并没有崩溃，这是因为bash进程是主进程，用户的指令大多都是利用子进程去执行的。
这里使用的是execvp接口，不会的看可以去上一篇文章看看。
void Execute() { pid_t id = fork(); if(id == 0) { // 让子进程执行命名 execvp(argv[0], argv); exit(1); } int status = 0; pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); if(rid == id) lastcode = WEXITSTATUS(status); } 实现四：处理内建命令
上面的执行指令，我们可以发现对于一些内建指令子程序执行不了。所以在字符串切割结束后，需要先判断是否为cd，echo，export…内建指令。
举例实现上面三个内建指令。
cd指令
常见cd指令 ：
- cd (切换到家目录)
- cd 路径（切换到对应路径，
.与..本质上也是一个路径）
可以使用getenv函数获取家目录。对应的环境变量为HOME。
对应的工作目录改变了应该需要更新环境变量，这样当再次打印命令提示符的时候能够显示正确的当前工作目录。
这里使用到一个很好用的函数，snprintf，简单介绍：
可以用来拼接字符串，个人认为非常好用。
大概的用法就是，将传入的可变参数的内容，按照指定的格式，放到指定大小的str中，用法如下例子。
ｃｈａｒ *Home() { return getenv("HOME"); } if(strcmp("cd", argv[0]) == 0) { // 2. 执行 ｃｈａｒ *target = argv[1]; //cd XXX or cd if(!target) //如果为空，则指令为cd ，切换到家目录 target = Home(); chdir(target); ｃｈａｒ temp[1024]; getcwd(temp, 1024); snprintf(pwd, SIZE, "PWD=%s", temp);//将PWD=加上temp按照%s的格式，拼接后放到pwd中 putenv(pwd); //导入环境变量 } export指令
这个很简单，一看就会，不赘述了。
else if(strcmp("export", argv[0]) == 0) { ret = 1; if(argv[1]) { strcpy(env, argv[1]); putenv(env); } } echo指令
这个则指令常见的四种用法：
- echo xxxxx (向显示屏打印xxxx)
- echo $？才看最近的退出码
- echo $yyy(查找环境变量yyy对应的内容)
- echo （换行）
代码实现：
else if(strcmp("echo", argv[0]) == 0) { ret = 1; if(argv[1] == NULL) { printf("\n"); } else{ if(argv[1][0] == '$') { if(argv[1][1] == '?') { printf("%d\n", lastcode); //这里都lastcode是一个全局的变量 lastcode = 0; //打印后赋值为0 } else { ｃｈａｒ *e = getenv(argv[1]+1); if(e) printf("%s\n", e); } } else { printf("%s\n", argv[1]); } } } 最后，将各部分封装好的代码进行合并，注意：这里shell应该时一直是一直运行的，并不是运行了执行了一个指令后就退出，所以整体上，应该是一个循环的效果。
main函数的代码实现：
int main() { while(1) { ｃｈａｒ commandline[SIZE]; // 1. 打印命令行提示符，获取用户输入的命令字符串 int n = Interactive(commandline, SIZE); if(n == 0) continue; //如果指令为空，则不用执行 // 2. 对命令行字符串进行切割 Split(commandline); // 3. 处理内建命令 n = BuildinCmd(); if(n) continue; //是内建指令，则子程序不用执行 // 4. 执行这个命令 Execute(); //不是内建指令，子程序执行 } return 0; } ⭐总代码实现
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #define SIZE 1024 #define MAX_ARGC 64 #define SEP " " ｃｈａｒ *argv[MAX_ARGC]; ｃｈａｒ pwd[SIZE]; ｃｈａｒ env[SIZE]; // for test int lastcode = 0; const ｃｈａｒ* HostName() { ｃｈａｒ *hostname = getenv("HOSTNAME"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } const ｃｈａｒ* UserName() { ｃｈａｒ *hostname = getenv("USER"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } const ｃｈａｒ *CurrentWorkDir() { ｃｈａｒ *hostname = getenv("PWD"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } ｃｈａｒ *Home() { return getenv("HOME"); } int Interactive(ｃｈａｒ out[], int size) { // 输出提示符并获取用户输入的命令字符串"ls -a -l" printf("[%s@%s %s]$ ", UserName(), HostName(), CurrentWorkDir()); fgets(out, size, stdin); out[strlen(out)-1] = 0; //'\0', commandline是空串的情况? return strlen(out); } void Split(ｃｈａｒ in[]) { int i = 0; argv[i++] = strtok(in, SEP); // "ls -a -l" while(argv[i++] = strtok(NULL, SEP)); // 故意将== 写成 = if(strcmp(argv[0], "ls") ==0) { argv[i-1] = (ｃｈａｒ*)"--color"; argv[i] = NULL; } } void Execute() { pid_t id = fork(); if(id == 0) { // 让子进程执行命名 execvp(argv[0], argv); exit(1); } int status = 0; pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); if(rid == id) lastcode = WEXITSTATUS(status); //printf("run done, rid: %d\n", rid); } int BuildinCmd() { int ret = 0; // 1. 检测是否是内建命令, 是 1, 否 0 if(strcmp("cd", argv[0]) == 0) { // 2. 执行 ret = 1; ｃｈａｒ *target = argv[1]; //cd XXX or cd if(!target) target = Home(); chdir(target); ｃｈａｒ temp[1024]; getcwd(temp, 1024); snprintf(pwd, SIZE, "PWD=%s", temp); putenv(pwd); } else if(strcmp("export", argv[0]) == 0) { ret = 1; if(argv[1]) { strcpy(env, argv[1]); putenv(env); } } else if(strcmp("echo", argv[0]) == 0) { ret = 1; if(argv[1] == NULL) { printf("\n"); } else{ if(argv[1][0] == '$') { if(argv[1][1] == '?') { printf("%d\n", lastcode); lastcode = 0; } else{ ｃｈａｒ *e = getenv(argv[1]+1); if(e) printf("%s\n", e); } } else{ printf("%s\n", argv[1]); } } } return ret; } int main() { while(1) { ｃｈａｒ commandline[SIZE]; // 1. 打印命令行提示符，获取用户输入的命令字符串 int n = Interactive(commandline, SIZE); if(n == 0) continue; // 2. 对命令行字符串进行切割 Split(commandline); // 3. 处理内建命令 n = BuildinCmd(); if(n) continue; // 4. 执行这个命令 Execute(); } // for(int i=0; argv[i]; i++) // { // printf("argv[%d]: %s\n", i, argv[i]); // } return 0; } #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #define SIZE 1024 #define MAX_ARGC 64 #define SEP " " ｃｈａｒ *argv[MAX_ARGC]; ｃｈａｒ pwd[SIZE]; ｃｈａｒ env[SIZE]; // for test int lastcode = 0; const ｃｈａｒ* HostName(){ ｃｈａｒ *hostname = getenv("HOSTNAME"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } const ｃｈａｒ* UserName(){ ｃｈａｒ *hostname = getenv("USER"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } const ｃｈａｒ *CurrentWorkDir(){ ｃｈａｒ *hostname = getenv("PWD"); if(hostname) return hostname; else return "None"; } ｃｈａｒ *Home(){ return getenv("HOME"); } int Interactive(ｃｈａｒ out[], int size){ // 输出提示符并获取用户输入的命令字符串"ls -a -l" printf("[%s@%s %s]$ ", UserName(), HostName(), CurrentWorkDir()); fgets(out, size, stdin); out[strlen(out)-1] = 0; //'\0', commandline是空串的情况? return strlen(out); } void Split(ｃｈａｒ in[]){ int i = 0; argv[i++] = strtok(in, SEP); // "ls -a -l" while(argv[i++] = strtok(NULL, SEP)); // 故意将== 写成 = if(strcmp(argv[0], "ls") ==0){ argv[i-1] = (ｃｈａｒ*)"--color"; argv[i] = NULL; } } void Execute(){ pid_t id = fork(); if(id == 0){ // 让子进程执行命名 execvp(argv[0], argv); exit(1); } int status = 0; pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); if(rid == id) lastcode = WEXITSTATUS(status); //printf("run done, rid: %d\n", rid); } int BuildinCmd(){ int ret = 0; // 1. 检测是否是内建命令, 是 1, 否 0 if(strcmp("cd", argv[0]) == 0){ // 2. 执行 ret = 1; ｃｈａｒ *target = argv[1]; //cd XXX or cd if(!target) target = Home(); chdir(target); ｃｈａｒ temp[1024]; getcwd(temp, 1024); snprintf(pwd, SIZE, "PWD=%s", temp); putenv(pwd); } else if(strcmp("export", argv[0]) == 0){ ret = 1; if(argv[1]){ strcpy(env, argv[1]); putenv(env); } } else if(strcmp("echo", argv[0]) == 0) { ret = 1; if(argv[1] == NULL) { printf("\n"); } else{ if(argv[1][0] == '$'){ if(argv[1][1] == '?'){ printf("%d\n", lastcode); lastcode = 0; } else{ ｃｈａｒ *e = getenv(argv[1]+1); if(e) printf("%s\n", e); } } else{ printf("%s\n", argv[1]); } } } return ret; } int main(){ while(1){ ｃｈａｒ commandline[SIZE]; // 1. 打印命令行提示符，获取用户输入的命令字符串 int n = Interactive(commandline, SIZE); if(n == 0) continue; // 2. 对命令行字符串进行切割 Split(commandline); // 3. 处理内建命令 n = BuildinCmd(); if(n) continue; // 4. 执行这个命令 Execute(); } return 0; } TAG：linuxshell编程
