前情提要
Shell是计算机操作系统中的一个重要概念,它是用户与操作系统内核之间的接口。Shell接受用户的命令,并将其转换为操作系统能够理解的指令,然后执行这些指令,并将执行结果返回给用户。
Shell可以理解为一个命令解释器,它负责解释和执行用户输入的命令。它不仅仅是一个命令解释器,还提供了一些功能,如命令历史记录、自动补全、脚本编程等,以方便用户进行操作。
一、实现清屏
global cls_screen
cls_screen:
pushad
;;;;;;;;;;;;;;;
; 由于用户程序的cpl为3,显存段的dpl为0,故用于显存段的选择子gs在低于自己特权的环境中为0,
; 导致用户程序再次进入中断后,gs为0,故直接在put_str中每次都为gs赋值.
mov ax, SELECTOR_VIDEO ; 不能直接把立即数送入gs,须由ax中转
mov gs, ax
mov ebx, 0
mov ecx, 80*25
.cls:
mov word [gs:ebx], 0x0720 ;0x0720是黑底白字的空格键
add ebx, 2
loop .cls
mov ebx, 0
.set_cursor: ;直接把set_cursor搬过来用,省事
;;;;;;; 1 先设置高8位 ;;;;;;;;
mov dx, 0x03d4 ;索引寄存器
mov al, 0x0e ;用于提供光标位置的高8位
out dx, al
mov dx, 0x03d5 ;通过读写数据端口0x3d5来获得或设置光标位置
mov al, bh
out dx, al
;;;;;;; 2 再设置低8位 ;;;;;;;;;
mov dx, 0x03d4
mov al, 0x0f
out dx, al
mov dx, 0x03d5
mov al, bl
out dx, al
popad
ret
这是一段汇编代码,实际上用C实现也可以,只是效率低了那么一点。这个就很简单了,把显存段覆盖,然后设置光标即可,这两个函数实际上之前就实现了。
二、简单的shell
现在这个简单的shell只是简单打印一下字符
2.1、代码
#define cmd_len 128 // 最大支持键入128个字符的命令行输入
#define MAX_ARG_NR 16 // 加上命令名外,最多支持15个参数
// 存储输入的命令
static char cmd_line[cmd_len] = { 0 };
// 用来记录当前目录,是当前目录的缓存,每次执行cd命令时会更新此内容
char cwd_cache[64] = { 0 };
// 输出提示符
void print_prompt(void) {
printf("[lyj@%s]$ ", cwd_cache);
}
/**
* @description: 从键盘缓冲区中最多读入count个字节到buf。
* @param {char*} buf
* @param {int32_t} count
* @return {*}
*/
static void readline(char* buf, int32_t count) {
char* pos = buf;
while (read(stdin_no, pos, 1) != -1 && (pos - buf) < count) {
// 在不出错情况下,直到找到回车符才返回
switch (*pos) {
// 找到回车或换行符后认为键入的命令结束,直接返回
case '\n':
case '\r':
// 添加cmd_line的终止字符0
*pos = 0;
putchar('\n');
return;
// 退格键
case '\b':
if (buf[0] != '\b') {
// 退回到缓冲区cmd_line中上一个字符
--pos;
putchar('\b');
}
break;
// 非控制键则输出字符
default:
putchar(*pos);
pos++;
}
}
printf("readline: can`t find enter_key in the cmd_line, max num of char is 128\n");
}
/**
* @description: 简单的shell
* @return {*}
*/
void my_shell(void) {
cwd_cache[0] = '/';
while (1) {
print_prompt();
memset(cmd_line, 0, cmd_len);
readline(cmd_line, cmd_len);
// 若只键入了一个回车
if (cmd_line[0] == 0) {
continue;
}
}
}
2.2、仿真
三、添加 Ctrl+u 和 Ctrl+l 快捷键
在Linux中,“Ctrl+u”的作用是清除输入,也就是在回车前,按下“Ctrl+u”可以清掉本次的输入,相当于连续按下退格键的效果。“Ctrl+l”的作用是清屏,效果等同于Clear命令,但是有一点要注意,“Ctrl+l”并不会清掉本次的输入。
/* ctrl+l 清屏 */
case 'l' - 'a':
// 1 先将当前的字符'l'-'a'置为0
*pos = 0;
// 2 再将屏幕清空
clear();
// 3 打印提示符
print_prompt();
// 4 将之前键入的内容再次打印
printf("%s", buf);
break;
/* ctrl+u 清掉输入 */
case 'u' - 'a':
while (buf != pos) {
putchar('\b');
*(pos--) = 0;
}
break;
四、解析键入字符
这里解析输入的字符,怎么解析呢,就是将输入的一个字符串按照空格键分隔为多个字符串
/**
* @description: 分析字符串cmd_str中以token为分隔符的单词,将各单词的指针存入argv数组
* @param {char*} cmd_str
* @param {char**} argv
* @param {char} token
* @return {*}
*/
static int32_t cmd_parse(char* cmd_str, char** argv, char token) {
int32_t arg_idx = 0;
while (arg_idx < MAX_ARG_NR) {
argv[arg_idx] = NULL;
arg_idx++;
}
char* next = cmd_str;
int32_t argc = 0;
/* 外层循环处理整个命令行 */
while (*next) {
/* 去除命令字或参数之间的空格 */
while (*next == token) {
next++;
}
/* 处理最后一个参数后接空格的情况,如"ls dir2 " */
if (*next == 0) {
break;
}
argv[argc] = next;
/* 内层循环处理命令行中的每个命令字及参数 */
while (*next && *next != token) { // 在字符串结束前找单词分隔符
next++;
}
/* 如果未结束(是token字符),使tocken变成0 */
if (*next) {
// 将token字符替换为字符串结束符0,做为一个单词的结束,并将字符指针next指向下一个字符
*next++ = 0;
}
/* 避免argv数组访问越界,参数过多则返回0 */
if (argc > MAX_ARG_NR) {
return -1;
}
argc++;
}
return argc;
}
int32_t argc = -1;
/**
* @description: 简单的shell
* @return {*}
*/
void my_shell(void) {
cwd_cache[0] = '/';
while (1) {
print_prompt();
memset(final_path, 0, MAX_PATH_LEN);
memset(cmd_line, 0, MAX_PATH_LEN);
readline(cmd_line, MAX_PATH_LEN);
// 若只键入了一个回车
if (cmd_line[0] == 0) {
continue;
}
argc = -1;
argc = cmd_parse(cmd_line, argv, ' ');
if (argc == -1) {
printf("num of arguments exceed %d\n", MAX_ARG_NR);
continue;
}
int32_t arg_idx = 0;
while (arg_idx < argc) {
printf("%s ", argv[arg_idx]);
arg_idx++;
}
printf("\n");
}
}
五、添加ps调用
5.1、代码
/**
* @description: 以填充空格的方式输出buf
* @param {char*} buf
* @param {int32_t} buf_len
* @param {void*} ptr
* @param {char} format
* @return {*}
*/
static void pad_print(char* buf, int32_t buf_len, void* ptr, char format) {
memset(buf, 0, buf_len);
uint8_t out_pad_0idx = 0;
switch (format) {
case 's':
out_pad_0idx = sprintf(buf, "%s", ptr);
break;
case 'd':
out_pad_0idx = sprintf(buf, "%d", *((int32_t*)ptr));
break;
case 'x':
out_pad_0idx = sprintf(buf, "%x", *((uint32_t*)ptr));
break;
}
while (out_pad_0idx < buf_len) {
// 以空格填充
buf[out_pad_0idx] = ' ';
out_pad_0idx++;
}
sys_write(stdout_no, buf, buf_len - 1);
}
/**
* @description: 用于在list_traversal函数中的回调函数,用于针对线程队列的处理
* @param {list_elem*} pelem
* @param {int arg} UNUSED
* @return {*}
*/
static bool elem2thread_info(struct list_elem* pelem, int arg UNUSED) {
struct task_struct* pthread = elem2entry(struct task_struct, all_tag, pelem);
char out_pad[16] = { 0 };
pad_print(out_pad, 16, &pthread->pid, 'd');
if (pthread->parent_pid == -1) {
pad_print(out_pad, 16, "NULL", 's');
}
else {
pad_print(out_pad, 16, &pthread->parent_pid, 'd');
}
switch (pthread->status) {
case 0:
pad_print(out_pad, 16, "RUNNING", 's');
break;
case 1:
pad_print(out_pad, 16, "READY", 's');
break;
case 2:
pad_print(out_pad, 16, "BLOCKED", 's');
break;
case 3:
pad_print(out_pad, 16, "WAITING", 's');
break;
case 4:
pad_print(out_pad, 16, "HANGING", 's');
break;
case 5:
pad_print(out_pad, 16, "DIED", 's');
}
pad_print(out_pad, 16, &pthread->elapsed_ticks, 'x');
memset(out_pad, 0, 16);
memcpy(out_pad, pthread->name, strlen(pthread->name));
strcat(out_pad, "\n");
sys_write(stdout_no, out_pad, strlen(out_pad));
// 此处返回false是为了迎合主调函数list_traversal,只有回调函数返回false时才会继续调用此函数
return false;
}
/**
* @description: 打印任务列表
* @return {*}
*/
void sys_ps(void) {
char* ps_title = "PID PPID STAT TICKS COMMAND\n";
sys_write(stdout_no, ps_title, strlen(ps_title));
list_traversal(&thread_all_list, elem2thread_info, 0);
}
5.2、仿真
六、路径解析
6.1、代码
这里的路径解析指的是将当前的路径,包含 .
和 ..
的路径,解析成绝对路径
/**
* @description: 将路径old_abs_path中的..和.转换为实际路径后存入new_abs_path
* @param {char*} old_abs_path 旧的绝对路径
* @param {char*} new_abs_path 新的绝对路径
* @return {*}
*/
static void wash_path(char* old_abs_path, char* new_abs_path) {
char name[MAX_FILE_NAME_LEN] = { 0 };
char* sub_path = old_abs_path;
sub_path = path_parse(sub_path, name);
// 若只键入了"/",直接将"/"存入new_abs_path后返回
if (name[0] == 0) {
new_abs_path[0] = '/';
new_abs_path[1] = 0;
return;
}
// 避免传给new_abs_path的缓冲区不干净
new_abs_path[0] = 0;
strcat(new_abs_path, "/");
while (name[0]) {
// 如果是上一级目录“..”
if (!strcmp("..", name)) {
char* slash_ptr = strrchr(new_abs_path, '/');
// 如果未到new_abs_path中的顶层目录,就将最右边的'/'替换为0,这样便去除了new_abs_path中最后一层路径,相当于到了上一级目录
if (slash_ptr != new_abs_path) {
// 如new_abs_path为“/a/b”,".."之后则变为“/a”
*slash_ptr = 0;
}
else {
// 如new_abs_path为"/a",".."之后则变为"/"
*(slash_ptr + 1) = 0;
}
}
// 如果路径不是‘.’,就将name拼接到new_abs_path
else if (strcmp(".", name)) {
// 如果new_abs_path不是"/",就拼接一个"/",此处的判断是为了避免路径开头变成这样"//"
if (strcmp(new_abs_path, "/")) {
strcat(new_abs_path, "/");
}
strcat(new_abs_path, name);
}
// 若name为当前目录".",无须处理new_abs_path
// 继续遍历下一层路径
memset(name, 0, MAX_FILE_NAME_LEN);
if (sub_path) {
sub_path = path_parse(sub_path, name);
}
}
}
/**
* @description: 将path处理成不含..和.的绝对路径,存储在final_path
* @param {char*} path
* @param {char*} final_path
* @return {*}
*/
void make_clear_abs_path(char* path, char* final_path) {
char abs_path[MAX_PATH_LEN] = { 0 };
// 先判断是否输入的是绝对路径
if (path[0] != '/') {
// 若输入的不是绝对路径,就拼接成绝对路径
memset(abs_path, 0, MAX_PATH_LEN);
if (getcwd(abs_path, MAX_PATH_LEN) != NULL) {
// 若abs_path表示的当前目录不是根目录/
if (!((abs_path[0] == '/') && (abs_path[1] == 0))) {
strcat(abs_path, "/");
}
}
}
strcat(abs_path, path);
wash_path(abs_path, final_path);
}
6.2、仿真
七、实现基础命令
命令分为两大类,一种是外部命令,另一种是内部命令。
外部命令是指该命令是个存储在文件系统上的外部程序,执行该命令实际上是从文件系统上加载该程序到内存后运行的过程,也就是说外部命令会以进程的方式执行。大伙儿应该最为熟悉ls命令,它就是典型的外部命令,它通常的存储路径是/bin/ls。
内部命令也称为内建命令,是系统本身提供的功能,它们并不以单独的程序文件存在,只是一些单独的功能函数,系统执行这些命令实际上是在调用这些函数。比如cd、fg、jobs等命令是由bash提供的,因此它们称为BASH_BUILTINS。
我们的内部命令保存在 shell/buildin_cmd.c
路径下
7.1、pwd命令
将当前工作的绝对路径返回到 final_path
中并打印
/**
* @description: pwd命令的内建函数
* @param {uint32_t} argc
* @param {char** argv} UNUSED
* @return {*}
*/
void buildin_pwd(uint32_t argc, char** argv UNUSED) {
if (argc != 1) {
printf("pwd: no argument support!\n");
return;
}
else {
if (NULL != getcwd(final_path, MAX_PATH_LEN)) {
printf("%s\n", final_path);
}
else {
printf("pwd: get current work directory failed.\n");
}
}
}
7.2、cd命令
/**
* @description: cd命令的内建函数
* @param {uint32_t} argc
* @param {char**} argv
* @return {*}
*/
char* buildin_cd(uint32_t argc, char** argv) {
if (argc > 2) {
printf("cd: only support 1 argument!\n");
return NULL;
}
// 若是只键入cd而无参数,直接返回到根目录.
if (argc == 1) {
final_path[0] = '/';
final_path[1] = 0;
}
// 否则清洗成绝对路径
else {
make_clear_abs_path(argv[1], final_path);
}
// 将当前目录修改
if (chdir(final_path) == -1) {
printf("cd: no such directory %s\n", final_path);
return NULL;
}
return final_path;
}
7.3、ls命令
/**
* @description: ls命令的内建函数
* @param {uint32_t} argc
* @param {char**} argv
* @return {*}
*/
void buildin_ls(uint32_t argc, char** argv) {
char* pathname = NULL;
struct stat file_stat;
memset(&file_stat, 0, sizeof(struct stat));
bool long_info = false;
uint32_t arg_path_nr = 0;
// 跨过argv[0],argv[0]是字符串“ls”
for (uint32_t arg_idx = 1; arg_idx < argc; arg_idx++) {
if (argv[arg_idx][0] == '-') {
// 如果是参数-l
if (!strcmp("-l", argv[arg_idx])) {
long_info = true;
}
// 如果是参数-h
else if (!strcmp("-h", argv[arg_idx])) {
printf(ls_help);
return;
}
// 其他不支持的参数
else {
printf("ls: invalid option %s\nTry `ls -h' for more information.\n", argv[arg_idx]);
return;
}
}
// ls的路径参数
else {
if (arg_path_nr == 0) {
pathname = argv[arg_idx];
arg_path_nr = 1;
}
else {
printf("ls: only support one path\n");
return;
}
}
}
// 若只输入了ls 或 ls -l,没有输入操作路径,默认以当前路径的绝对路径为参数.
if (pathname == NULL) {
if (NULL != getcwd(final_path, MAX_PATH_LEN)) {
pathname = final_path;
}
else {
printf("ls: getcwd for default path failed\n");
return;
}
}
else {
make_clear_abs_path(pathname, final_path);
pathname = final_path;
}
// 遍历目录文件
if (stat(pathname, &file_stat) == -1) {
printf("ls: cannot access %s: No such file or directory\n", pathname);
return;
}
if (file_stat.st_filetype == FT_DIRECTORY) {
struct dir* dir = opendir(pathname);
struct dir_entry* dir_e = NULL;
char sub_pathname[MAX_PATH_LEN] = { 0 };
uint32_t pathname_len = strlen(pathname);
uint32_t last_char_idx = pathname_len - 1;
memcpy(sub_pathname, pathname, pathname_len);
if (sub_pathname[last_char_idx] != '/') {
sub_pathname[pathname_len] = '/';
pathname_len++;
}
rewinddir(dir);
if (long_info) {
char ftype;
printf("total: %d\n", file_stat.st_size);
while ((dir_e = readdir(dir))) {
ftype = 'd';
if (dir_e->f_type == FT_REGULAR) {
ftype = '-';
}
sub_pathname[pathname_len] = 0;
strcat(sub_pathname, dir_e->filename);
memset(&file_stat, 0, sizeof(struct stat));
if (stat(sub_pathname, &file_stat) == -1) {
printf("ls: cannot access %s: No such file or directory\n", dir_e->filename);
return;
}
printf("%c %d %d %s\n", ftype, dir_e->i_no, file_stat.st_size, dir_e->filename);
}
}
else {
while ((dir_e = readdir(dir))) {
printf("%s ", dir_e->filename);
}
printf("\n");
}
closedir(dir);
}
else {
if (long_info) {
printf("- %d %d %s\n", file_stat.st_ino, file_stat.st_size, pathname);
}
else {
printf("%s\n", pathname);
}
}
}
7.4、ps命令
/**
* @description: ps命令内建函数
* @param {uint32_t} argc
* @param {char** argv} UNUSED
* @return {*}
*/
void buildin_ps(uint32_t argc, char** argv UNUSED) {
if (argc != 1) {
printf("ps: no argument support!\n");
return;
}
ps();
}
7.5、clear命令
/**
* @description: clear命令内建函数
* @param {uint32_t} argc
* @param {char** argv} UNUSED
* @return {*}
*/
void buildin_clear(uint32_t argc, char** argv UNUSED) {
if (argc != 1) {
printf("clear: no argument support!\n");
return;
}
clear();
}
7.6、mkdir命令
/**
* @description: mkdir命令内建函数
* @param {uint32_t} argc
* @param {char**} argv
* @return {*}
*/
int32_t buildin_mkdir(uint32_t argc, char** argv) {
int32_t ret = -1;
if (argc != 2) {
printf("mkdir: only support 1 argument!\n");
}
else {
make_clear_abs_path(argv[1], final_path);
// 若创建的不是根目录
if (strcmp("/", final_path)) {
if (mkdir(final_path) == 0) {
ret = 0;
}
else {
printf("mkdir: create directory %s failed.\n", argv[1]);
}
}
}
return ret;
}
7.7、rmdir命令
/**
* @description: rmdir命令内建函数
* @param {uint32_t} argc
* @param {char**} argv
* @return {*}
*/
int32_t buildin_rmdir(uint32_t argc, char** argv) {
int32_t ret = -1;
if (argc != 2) {
printf("rmdir: only support 1 argument!\n");
}
else {
make_clear_abs_path(argv[1], final_path);
// 若删除的不是根目录
if (strcmp("/", final_path)) {
if (rmdir(final_path) == 0) {
ret = 0;
}
else {
printf("rmdir: remove %s failed.\n", argv[1]);
}
}
}
return ret;
}
7.8、rm命令
/**
* @description: rm命令内建函数
* @param {uint32_t} argc
* @param {char**} argv
* @return {*}
*/
int32_t buildin_rm(uint32_t argc, char** argv) {
int32_t ret = -1;
if (argc != 2) {
printf("rm: only support 1 argument!\n");
}
else {
make_clear_abs_path(argv[1], final_path);
// 若删除的不是根目录
if (strcmp("/", final_path)) {
if (unlink(final_path) == 0) {
ret = 0;
}
else {
printf("rm: delete %s failed.\n", argv[1]);
}
}
}
return ret;
}
7.9、touch命令
void buildin_touch(uint32_t argc, char** argv) {
if (argc != 2) {
printf("rm: only support 1 argument!\n");
}
else {
make_clear_abs_path(argv[1], final_path);
int fd = open(final_path, O_CREAT);
if (fd != -1) {
close(fd);
}
}
}
7.10、写入shell
void my_shell(void) {
cwd_cache[0] = '/';
clear();
while (1) {
print_prompt();
memset(final_path, 0, MAX_PATH_LEN);
memset(cmd_line, 0, MAX_PATH_LEN);
readline(cmd_line, MAX_PATH_LEN);
if (cmd_line[0] == 0) { // 若只键入了一个回车
continue;
}
argc = -1;
argc = cmd_parse(cmd_line, argv, ' ');
if (argc == -1) {
printf("num of arguments exceed %d\n", MAX_ARG_NR);
continue;
}
if (!strcmp("ls", argv[0])) {
buildin_ls(argc, argv);
}
else if (!strcmp("cd", argv[0])) {
if (buildin_cd(argc, argv) != NULL) {
memset(cwd_cache, 0, MAX_PATH_LEN);
strcpy(cwd_cache, final_path);
}
}
else if (!strcmp("pwd", argv[0])) {
buildin_pwd(argc, argv);
}
else if (!strcmp("ps", argv[0])) {
buildin_ps(argc, argv);
}
else if (!strcmp("clear", argv[0])) {
buildin_clear(argc, argv);
}
else if (!strcmp("mkdir", argv[0])) {
buildin_mkdir(argc, argv);
}
else if (!strcmp("rmdir", argv[0])) {
buildin_rmdir(argc, argv);
}
else if (!strcmp("rm", argv[0])) {
buildin_rm(argc, argv);
}
else {
printf("external command\n");
}
}
}
7.11、仿真
结束语
本节实现了一个简单的shell,其实不难发现,就是我们之前写的那些调用
老规矩,本节的代码地址:https://github.com/lyajpunov/os