手把手带你手撕一个shell

news2024/9/23 7:32:04

 

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目录

什么是shell？

怎么实现shell？

shell命令提示符的实现

创建子进程执行命令

内建命令的引入

内建命令的实现

shell的拼接

shell的总体代码

什么是shell？

        Shell是一种应用程序，它连接了用户和Linux内核，让用户能够更加高效、安全、低成本地使用Linux内核。 Shell是系统的用户界面，提供了用户与内核进行交互操作的一种接口。 它接收用户输入的命令并把它送入内核去执行。Shell并不是内核的一部分，而是一个建立在内核基础上的应用程序，与QQ、迅雷、Firefox等其它软件类似。

        说大白话：他就是一个进程！作为一个进程，他当然是可以实现的啦，那么我们就简简单单手撕一个简易的进程吧！

怎么实现shell？

shell命令提示符的实现

        Shell提示符是Linux系统中的一种表示形式，它出现在用户登录并启动终端模拟包或从Linux控制台登录后。它是用户与Shell进行交互的重要途径，提示符就象征着通往Shell的大门，用户可以在提示符处输入Shell命令。对于普通用户而言，Base shell的默认提示符就是一个美元符号"$"，表示等待用户输入命令。如下：

[amazon@iZ7xvfrafhk3mf5qwrf2gxZ myshell]$

        要实现这个命令提示符，我们需要获取当前的用户、当前主机以及当前路径，因此根据之前所学的知识，写出以下的函数获取对应的数据：

        对于getenv()的回忆—主要用于搜索和返回环境变量的值。这个函数的参数是环境变量的名称，如果对应的环境变量存在，那么getenv函数就会返回一个指向该环境变量值的指针。

//获取用户名
const char* getUsername()
{
    const char* name = getenv("USER");
    if (name) return name;
    else return "none";
}

//获取主机名
const char* getHostname()
{
    const char* hostname = getenv("HOSTNAME");
    if (hostname) return hostname;
    else return "none";
}

//获取当前路径
const char* getCwd()
{
    const char* cwd = getenv("PWD");
    if (cwd) return cwd;
    else return "none";
}

        在得到这些数据后我们就可以组装出一个简易的命令行提示符了！再接收命令行输入的命令就可以完成基本的命令输入。需要注意的是：这里使用fgets是为了将空格也接收进来，为什么return strlen(command）呢？这是判断是否有命令输入，如果没有输入，即只是传了一个回车，那么会返回一个0，后续主函数中会用于接收，通过continue跳过后续的函数（总体是一个死循环）。

//获取用户输入命令
int getUserCommand(char* command, int num)
{
    printf("[%s@%s %s]# ", getUsername(), getHostname(), getCwd());
    char* r = fgets(command, num, stdin); // 最终你还是会输入\n
    if (r == NULL) return -1;
    // "abcd\n" "\n"
    command[strlen(command) - 1] = '\0'; // 为了将末尾的\n去掉，注意这样并不会越界 ，因为只要是输入都至少会有个\n
    return strlen(command);
}

创建子进程执行命令

        从上面的程序我们可知，存储的命令是整段的，对此我们需要进行命令的分割，用strtok按空格进行分割。从前面的知识中我们也知道：shell是创建子进程来让他执行任务的！对此，我们也创建一子进程，通过execvp的程序替换来执行对应的命令。而父进程需要执行的任务是waitpid等待子进程完成任务后储存对应的返回值，用于子进程任务完成怎么样的判断，对此shell的基本功能实现就完成了。但是还是需要改进的！

//按照空格分割命令
void commandSplit(char* in, char* out[])
{
    int argc = 0;
    out[argc++] = strtok(in, SEP);
    while (out[argc++] = strtok(NULL, SEP));

}

//总体运行
int execute(char* argv[])
{
    pid_t id = fork();
    if (id < 0) return -1;
    else if (id == 0) //child
    {
        //进程替换
        execvp(argv[0], argv); // cd ..
        exit(1);
    }
    else // father
    {
        int status = 0;//存储返回值，echo $?
        pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
        if (rid > 0) {
            lastcode = WEXITSTATUS(status);//存储返回值，echo $?
        }
    }

    return 0;
}

内建命令的引入

        由上图我们可知，当我们使用ls、pwd等等命令时自定义的shell是能够正常运行的，但是对于cd命令还有export是不能运行的。回过头想想，我们是怎么实现shell的呢？我们运用了进程的替换，我们替换了子进程中的进程而上面的shell中并没有实现！对此我们可以肯定的是：这些命令并不是外部的进程！这也引出了—内建命令。内建命令，如其名称所示，是由Shell自身提供的命令。这些命令已经和shell编译为一体，不需要借助外部程序文件来运行。这意味着它们执行速度更快，效率更高。通俗的讲，内建命令实际上就是shell中的一个函数！

内建命令的实现

        由于内建命令已经和shell编译为一体，不需要借助外部程序文件来运行，因此我们需要一一的实现对应的内建命令，这里就先实现三个，如果要接着实现可以接着else if 实现下去。详细解释见代码：

//获取家目录
char* homepath()
{
    char* home = getenv("HOME");
    if (home) return home;
    else return (char*)".";
}

void cd(const char* path)//用于cd命令
{
    chdir(path);//用于改变当前工作目录
    char tmp[1024];//临时储存，但不能直接使用，需要全局变量，否则栈帧销毁也会销毁
    getcwd(tmp, sizeof(tmp));//获取当前工作目录的绝对路径
    sprintf(cwd, "PWD=%s", tmp); //输出到全局变量中，保证不会失效
    putenv(cwd);//改变或增加环境变量的内容
}

// 什么叫做内键命令: 内建命令就是bash自己执行的，类似于自己内部的一个函数！
// 1->yes, 0->no, -1->err
int doBuildin(char* argv[])
{
    if (strcmp(argv[0], "cd") == 0)//通过改变当前环境变量的内容从而改变->命令行提示符路径
    {
        char* path = NULL;
        if (argv[1] == NULL) path = homepath();//cd 回到家目录
        else path = argv[1];//根据命令到指定路径
        cd(path);
        return 1;
    }
    else if (strcmp(argv[0], "export") == 0)
    {
        if (argv[1] == NULL) return 1;
        strcpy(enval, argv[1]);//同理需要全局变量防止失效
        putenv(enval); // 改变环境变量
        return 1;
    }
    else if (strcmp(argv[0], "echo") == 0)
    {
        if (argv[1] == NULL) {//echo 输出换行
            printf("\n");
            return 1;
        }
        if (*(argv[1]) == '$' && strlen(argv[1]) > 1) {//根据指令输出
            char* val = argv[1] + 1; // $PATH $?
            if (strcmp(val, "?") == 0)
            {
                printf("%d\n", lastcode);
                lastcode = 0;
            }
            else {
                const char* enval = getenv(val);
                if (enval) printf("%s\n", enval);
                else printf("\n");
            }
            return 1;
        }
        else {//只是输出到屏幕
            printf("%s\n", argv[1]);
            return 1;
        }
    }
    else if (0) {}//接下来的内建命令

    return 0;
}

shell的拼接

        shell在Linux中是一直运行的，因此为一个死循环！，我们定义一个usercommand字符数组用于接收储存从命令行收到的初步命令，定义一个字符串数组来接收通过commandSplit分割后的字符串，接下来区分是否为内建命令，按照argv里面的命令进行执行程序替换或者执行内建命令。

int main()
{
    while (1) {
        char usercommand[NUM];
        char* argv[SIZE];
        // 1. 打印提示符&&获取用户命令字符串获取成功
        int n = getUserCommand(usercommand, sizeof(usercommand));
        if (n <= 0) continue;
        // 2. 分割字符串
        // "ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
        commandSplit(usercommand, argv);
        // 3. check build-in command
        n = doBuildin(argv);
        if (n) continue;
        // 4. 执行对应的命令
        execute(argv);
    }
}

shell的总体代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

#define NUM 1024
#define SIZE 64
#define SEP " "

char cwd[1024];
char enval[1024]; // for test
int lastcode = 0;

//获取家目录
char* homepath()
{
    char* home = getenv("HOME");
    if (home) return home;
    else return (char*)".";
}

//获取用户名
const char* getUsername()
{
    const char* name = getenv("USER");
    if (name) return name;
    else return "none";
}

//获取主机名
const char* getHostname()
{
    const char* hostname = getenv("HOSTNAME");
    if (hostname) return hostname;
    else return "none";
}

//获取当前路径
const char* getCwd()
{
    const char* cwd = getenv("PWD");
    if (cwd) return cwd;
    else return "none";
}

//获取用户输入命令
int getUserCommand(char* command, int num)
{
    printf("[%s@%s %s]# ", getUsername(), getHostname(), getCwd());
    char* r = fgets(command, num, stdin); // 最终你还是会输入\n
    if (r == NULL) return -1;
    // "abcd\n" "\n"
    command[strlen(command) - 1] = '\0'; // 为了将末尾的\n去掉，注意这样并不会越界 ，因为只要是输入都至少会有个\n
    return strlen(command);
}

//按照空格分割命令
void commandSplit(char* in, char* out[])
{
    int argc = 0;
    out[argc++] = strtok(in, SEP);
    while (out[argc++] = strtok(NULL, SEP));

}

//总体运行
int execute(char* argv[])
{
    pid_t id = fork();
    if (id < 0) return -1;
    else if (id == 0) //child
    {
        //进程替换
        execvp(argv[0], argv); // cd ..
        exit(1);
    }
    else // father
    {
        int status = 0;//存储返回值，echo $?
        pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
        if (rid > 0) {
            lastcode = WEXITSTATUS(status);//存储返回值，echo $?
        }
    }

    return 0;
}



void cd(const char* path)
{
    chdir(path);//用于改变当前工作目录
    char tmp[1024];//临时储存，但不能直接使用，需要全局变量，否则栈帧销毁也会销毁
    getcwd(tmp, sizeof(tmp));//获取当前工作目录的绝对路径
    sprintf(cwd, "PWD=%s", tmp); //输出到全局变量中，保证不会失效
    putenv(cwd);//改变或增加环境变量的内容
}

// 什么叫做内键命令: 内建命令就是bash自己执行的，类似于自己内部的一个函数！
// 1->yes, 0->no, -1->err
int doBuildin(char* argv[])
{
    if (strcmp(argv[0], "cd") == 0)
    {
        char* path = NULL;
        if (argv[1] == NULL) path = homepath();
        else path = argv[1];
        cd(path);
        return 1;
    }
    else if (strcmp(argv[0], "export") == 0)
    {
        if (argv[1] == NULL) return 1;
        strcpy(enval, argv[1]);//同理需要全局变量防止失效
        putenv(enval); // ???
        return 1;
    }
    else if (strcmp(argv[0], "echo") == 0)
    {
        if (argv[1] == NULL) {
            printf("\n");
            return 1;
        }
        if (*(argv[1]) == '$' && strlen(argv[1]) > 1) {
            char* val = argv[1] + 1; // $PATH $?
            if (strcmp(val, "?") == 0)
            {
                printf("%d\n", lastcode);
                lastcode = 0;
            }
            else {
                const char* enval = getenv(val);
                if (enval) printf("%s\n", enval);
                else printf("\n");
            }
            return 1;
        }
        else {
            printf("%s\n", argv[1]);
            return 1;
        }
    }
    else if (0) {}

    return 0;
}

int main()
{
    while (1) {
        char usercommand[NUM];
        char* argv[SIZE];
        // 1. 打印提示符&&获取用户命令字符串获取成功
        int n = getUserCommand(usercommand, sizeof(usercommand));
        if (n <= 0) continue;
        // 2. 分割字符串
        // "ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
        commandSplit(usercommand, argv);
        // 3. check build-in command
        n = doBuildin(argv);
        if (n) continue;
        // 4. 执行对应的命令
        execute(argv);
    }
}

 

                         感谢你耐心的看到这里ღ( ´･ᴗ･` )比心，如有哪里有错误请踢一脚作者o(╥﹏╥)o！ 

                                       

                                                                        给个三连再走嘛~  

 

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