《Linux从练气到飞升》No.21 Linux简单实现一个shell

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前言

前面我们讲述了进程的相关知识，包括进程创建、进程等待、进程替换等，这些我们都在Linux上进行了测试，并且通常使用的shell来执行命令，那么我们能不能自己来实现一个简单的shell呢？

我们知道在shell上执行命令时，其原理不过也只是调用和执行文件罢了，也就是创建进程来执行程序，而shell一般是不退出的，那么我们现在开始玩一下

01. 框架搭建

命令行解释器一定是一个常驻内存的进程，不退出，所以我们使用while包起来

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>#define NUM 1024
#define SIZE 32
#define SEP " "//保存完整的命令行字符串
char cmd_line[NUM];//保存打散之后的命令行字符串
char *g_argv[SIZE];// 写一个环境变量的buffer，用来测试
char g_myval[64];// shell 运行原理 ： 通过让子进程执行命令，父进程等待&&解析命令
int main()
{extern char**environ;//0. 命令行解释器，一定是一个常驻内存的进程，不退出while(1){}
}

02. 打印提示信息

参考shell的提示信息：

它们都有各自的含义和获取方式，但是这里为了简化，不考虑这些细枝末节，由大家自己改进！
我这里就写死了哦~

我们可以直接使用printf函数打印，但是会有一个问题，如果设置了\n，它会换行，但是我们使用shell时并不会换行，那么我们就需要用到fflush函数来冲刷缓存区。

 //1. 打印出提示信息 [venus@localhost myshell]# printf("[root@localhost myshell]# ");fflush(stdout);

03. 获取用户键盘输入

如何获取用户在命令行的输入呢？

我们用一个数组来存储命令，使用fgets函数来获取输入
步骤：

• 先初始化数组
• 获取存储命令
• 将最后的回车符号设置为'\0'

//2. 获取用户的键盘输入[输入的是各种指令和选项: "ls -a -l -i"]if(fgets(cmd_line, sizeof cmd_line, stdin) == NULL){continue;}cmd_line[strlen(cmd_line)-1] = '\0';

04. 命令行字符串解析

到这一步，我们已经将命令行的字符串存储到数组中了，接下来就是解析它
步骤：

• 这里要使用strtok函数来裁剪字符串
• 将存储的命令和系统内部命令做比对，如果有就执行

g_argv[0] = strtok(cmd_line, SEP); //第一次调用，要传入原始字符串
int index = 1;
if(strcmp(g_argv[0], "ls") == 0)
{g_argv[index++] = "--color=auto";//加入配色
}
while(g_argv[index++] = strtok(NULL, SEP)); //第二次，如果还要解析原始字符串,传入NULL

05. 创建子进程执行命令

怎么知道要调用的程序在哪里呢？

直接使用进程替换，使用execvp函数，它可以直接使用环境变量不用自己写了，也就是直接掉用系统中的指令的程序来使用即可。

为什么要替换？

一切和应用场景有关，我们有时候必须要让子进程执行新的程序

环境变量相关的数据，会被替换吗？？

没有！它不会被替换，它会把父进程的环境变量拷贝继承过来，它具有全局属性

pid_t id = fork();
if(id == 0) //child
{printf("下面功能让子进程进行的\n");execvp(g_argv[0], g_argv); // ls -a -l -iexit(1);
}
//father
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
if(ret > 0) printf("exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));

此时程序基本功能就已经实现了

但是，我们发现一个问题，使用cd命令时，他的路径不会改变，这是个bug

原因是：

• 在cd的时候，自己写的shell都会执行execvp，它只会影响子进程的路径

• 但是我们需要改变父进程的路径，所以像cd这种命令，我们不想让子进程去执行它而让父进程去执行它

• 这种让父进程自己执行的命令叫做内置命令、内建命令，它的本质是shell中的一个函数调用

我们来修改下功能

06. 内置命令 —— cd

这里可以使用chdir函数来实现

chdir函数可以改变文件路径

我们可以使用下面代码，使得cd命令的使用合理，但是可能其他类似的命令也会出现相似的bug，需要一一比对实现，这里仅针对cd命令

if(strcmp(g_argv[0], "cd") == 0) //not child execute, father execute
{if(g_argv[1] != NULL) chdir(g_argv[1]); //cd path, cd ..continue;
}

07. 内置命令 —— export

上面我们讲了cd的bug，而export也和cd一样，也需要进行处理，export的作用是导入环境变量，我们既不想覆盖父进程的环境变量，又想导入自己的环境变量，该怎么做呢？

代码如下：

//导入环境变量
//比较第一个是不是export
if(strcmp(g_argv[0], "export") == 0 && g_argv[1] != NULL)
{strcpy(g_myval, g_argv[1]);//是的就取出后面的值int ret = putenv(g_myval);//将它导入环境变量中if(ret == 0) printf("%s export success\n", g_argv[1]);//如果导入成功就打印出来continue;
}

shell 执行的命令通常有两种

1. 第三方提供的对应的在磁盘中具有二进制文件的可执行程序(由子进程执行)

2. shell内部自己实现的方法，由自己(父进程)来执行，有些命令就是要影响shell本身，如改变路径的(cd、export)，shell代表的是用户。

shell的环境变量从哪里来的？(了解)

环境变量是写在配置文件中的，shell启动的时候，通过读取配置文件获得的起始环境变量

08. 类似ll这种别名命令无法识别

ll是ls -l的别名

想要支持就要当识别到ll时执行ls命令即可

if(strcmp(g_argv[0], "ll") == 0)
{g_argv[0] = "ls";g_argv[index++] = "-l";g_argv[index++] = "--color=auto";
}

系统中肯定不是这样实现的，但是大致原理相同

后记

最后我们就实现了一个简易的shell解释器

全部代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>#define NUM 1024
#define SIZE 32
#define SEP " "//保存完整的命令行字符串
char cmd_line[NUM];//保存打散之后的命令行字符串
char *g_argv[SIZE];// 写一个环境变量的buffer，用来测试
char g_myval[64];// shell 运行原理 ： 通过让子进程执行命令，父进程等待&&解析命令
int main()
{extern char**environ;//0. 命令行解释器，一定是一个常驻内存的进程，不退出while(1){//1. 打印出提示信息 [whb@localhost myshell]# printf("[root@localhost myshell]# ");fflush(stdout);memset(cmd_line, '\0', sizeof cmd_line);//2. 获取用户的键盘输入[输入的是各种指令和选项: "ls -a -l -i"]if(fgets(cmd_line, sizeof cmd_line, stdin) == NULL){continue;}cmd_line[strlen(cmd_line)-1] = '\0';//3. 命令行字符串解析："ls -a -l -i" -> "ls" "-a" "-i"// export myval=105g_argv[0] = strtok(cmd_line, SEP); //第一次调用，要传入原始字符串int index = 1;if(strcmp(g_argv[0], "ls") == 0){g_argv[index++] = "--color=auto";}if(strcmp(g_argv[0], "ll") == 0){g_argv[0] = "ls";g_argv[index++] = "-l";g_argv[index++] = "--color=auto";}while(g_argv[index++] = strtok(NULL, SEP)); //第二次，如果还要解析原始字符串,传入NULLif(strcmp(g_argv[0], "export") == 0 && g_argv[1] != NULL){strcpy(g_myval, g_argv[1]);int ret = putenv(g_myval);if(ret == 0) printf("%s export success\n", g_argv[1]);continue;}//4.内置命令, 让父进程（shell）自己执行的命令，我们叫做内置命令，内建命令//内建命令本质其实就是shell中的一个函数调用if(strcmp(g_argv[0], "cd") == 0) //not child execute, father execute{if(g_argv[1] != NULL) chdir(g_argv[1]); //cd path, cd ..continue;}//5. fork()pid_t id = fork();if(id == 0) //child{printf("下面功能让子进程进行的\n");printf("child, MYVAL: %s\n", getenv("MYVAL"));//测试环境变量printf("child, PATH: %s\n", getenv("PATH"));//测试环境变量//环境变量相关的数据，会被替换吗？？没有！execvp(g_argv[0], g_argv); // ls -a -l -iexit(1);}//fatherint status = 0;pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);if(ret > 0) printf("exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));}
}