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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 -i
exit(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
-
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)
-
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=105
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";
}
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NULL
if(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 -i
exit(1);
}
//father
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
if(ret > 0) printf("exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}