【Linux系统编程】第二十五弹---Shell编程入门：打造一个简易版Shell

news2024/9/30 15:00:11

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目录

1、简易的shell

1.1、输出一个命令行

 1.2、获取用户命令字符串

1.3、命令行字符串分割

1.4、检查命令是否是内建命令 

1.5、执行命令 

1.6、完整代码 

1、简易的shell

考虑下面这个与shell典型的互动：

[jkl@host shell]$ ls
makefile  myshell  myshell.c
[jkl@host shell]$ ps
  PID TTY          TIME CMD
20980 pts/0    00:00:00 bash
26709 pts/0    00:00:00 ps

用下图的时间轴来表示事件的发生次序。其中时间从左向右。shell由标识为sh的方块代表，它随着时间的流逝从左向右移动。shell从用户读入字符串"ls"。shell建立一个新的进程，然后在那个进程中运行ls程序并等待那个进程结束。 

然后shell读取新的一行输入，建立一个新的进程，在这个进程中运行程序并等待这个进程结束。
所以要写一个shell，需要循环以下过程:

  • 1. 输出一个命令行
  • 2. 获取命令行
  • 3. 解析命令行
  • 4. 检查是否为内建命令
  • 5. 建立一个子进程（fork）
  • 6. 替换子进程（execvp） 
  • 7. 父进程等待子进程退出（wait）

根据这些思路，和我们前面的学的技术，就可以自己来实现一个shell了。

会用到的头文件

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

1.1、输出一个命令行

命令行的内容包含用户名，主机名，当前路径。

环境变量中包含三种信息，因此我们可以使用获取环境变量的 getenv() 函数获取。

#include <stdlib.h>
char *getenv(const char *name);

获取到三个字符串的内容之后，我们需要将三个字符串合并成一个字符串，此时我们可以用到snprintf()函数。

#include<stdio.h>
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);

代码演示

#define SIZE 512
const char* GetUserName()
{
  const char* name = getenv("USER");
  if(name == NULL) return "None";
  return name;
}

const char* GetHostName()
{
  const char* hostname = getenv("HOSTNAME");
  if(hostname == NULL) return "None";
  return hostname;
}

const char* GetCwd()
{
  const char* cwd = getenv("PWD");
  if(cwd == NULL) return "None";
  return cwd;
}
void  MakeCommandLineAndPrint()
{
  char line[SIZE];
  // 用户名@主机名 当前路径
  const char* username = GetUserName();
  const char* hostname = GetHostName();
  const char* cwd = GetCwd();

  snprintf(line,sizeof(line),"[%s@%s %s]> ",username,hostname,cwd);
  printf("%s",line);
  sleep(2);
}
int main()
{
    // 1、自己输出一个命令行
    MakeCommandLineAndPrint();
    return 0;
}

运行结果 

 

两个问题：1、程序结束才刷新缓冲区(刷新缓冲区即可) 2、打印的是绝对路径(实现一个算法即可) 

优化

// 找最后一个/ ，宏是替换可以不用传二级指针，do while 不加分号，为了后面加分号
#define SkipPath(p) do{ p += (strlen(p)-1); while(*p != '/') p--; }while(0)


// command : output
void  MakeCommandLineAndPrint()
{
  char line[SIZE];
  // 用户名@主机名 当前路径
  const char* username = GetUserName();
  const char* hostname = GetHostName();
  const char* cwd = GetCwd();

  SkipPath(cwd);// 处理绝对路径问题
  // 需要处理第一个/，长度为1用/
  snprintf(line,sizeof(line),"[%s@%s %s]> ",username,hostname,strlen(cwd) == 1 ? "/" : cwd + 1);
  printf("%s",line);
  fflush(stdout);// 处理缓冲区问题
}

运行结果 

 1.2、获取用户命令字符串

 从标准输入流中获取字符串，并存放在数组中。

此处需要用到 fgets() , strlen()函数。

#include<stdio.h>
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

计算字符串长度 

#include <string.h>
size_t strlen(const char *s);

代码演示

#define ZERO '\0'
#define SIZE 512

int GetUserCommand(char command[],size_t n)
{
  char* s = fgets(command,n,stdin);
  if(s == NULL) return -1;// 字符串为空直接返回
  command[strlen(command)-1]=ZERO;// 设置结尾标志
  return strlen(command);// 返回字符串长度
}
int main()
{
  // 1、自己输出一个命令行
  MakeCommandLineAndPrint();
  2、获取用户命令字符串
  char usercommand[SIZE];
  int n = GetUserCommand(usercommand,sizeof(usercommand));
  if(n<=0) return 1;// 没有获取到字符串则结束程序
  printf("%s\n",usercommand);// 打印命令行字符串
  return 0;
}

运行结果 

1.3、命令行字符串分割

 将以空格分割的字符串，分割成全部是单独的字符串。

此处需要用到 strtok() 函数。

#include<string.h>
char *strtok(char *str, const char *delim);

代码演示 

#define SEP " "

char* gArgv[NUM];

void SplitCommand(char command[])
{
  // "ls -a -l -n" -> "ls" "-a" "-l" "-n"
  gArgv[0]=strtok(command,SEP);
  int index = 1;
  // 故意写成赋值，表示先赋值再判断，分割之后返回NULL，刚好让gArgv的最后一个元素为空，循环结束
  while((gArgv[index++] = strtok(NULL,SEP)));
}
int main()
{
  // 1、自己输出一个命令行
  MakeCommandLineAndPrint();
  //2、获取用户命令字符串
  char usercommand[SIZE];
  int n = GetUserCommand(usercommand,sizeof(usercommand));
  if(n<=0) return 1;// 没有获取到字符串则结束程序
  printf("%s\n",usercommand);
  // 3、命令行字符串分割
  SplitCommand(usercommand);
  // 打印分割之后的字符串
  for(int i=0;gArgv[i];i++)
  {
    printf("%s\n",gArgv[i]);
  }
  return 0;
}

运行结果 

1.4、检查命令是否是内建命令 

判断gArgv[0]是否是内建命令，是内建命令则做特殊处理。

此处需要用到 strcmp() chdir() getcwd() snprintf() putenv() 函数。

#include <string.h>
int strcmp(const char *s1, const char *s2);

 比较两个字符串是否相同，相同返回0。

#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);

修改当前工作目录。 

#include <unistd.h>
char *getcwd(char *buf, size_t size);

获取当前工作目录。 

#include <stdlib.h>
int putenv(char *string);

添加环境变量。 

代码演示 

#define SIZE 512

char* gArgv[NUM];
char cwd[SIZE*2];
int lastcode = 0;

const char* GetHome()
{
  const char* home = getenv("HOME");
  if(home == NULL) return "None";
  return home;
}
void Cd()
{
  const char* path = gArgv[1];
  if(path == NULL) path = GetHome();
  // path 一定存在
  chdir(path);// 修改当前工作目录

  // 刷新环境变量
  char temp[SIZE*2];
  getcwd(temp,sizeof(temp));// 将工作目录保存到temp中
  snprintf(cwd,sizeof(cwd),"PWD=%s",temp);// 以格式化形式将PWD=目录保存到cwd中
  putenv(cwd);// 将cwd导入环境变量
}
int CheckBuildin()
{
  int yes = 0;
  const char* enter_cmd = gArgv[0];
  if(strcmp(enter_cmd,"cd") == 0)
  {
    yes = 1;
    Cd();
  }
  else if(strcmp(enter_cmd,"echo") == 0 && strcmp(gArgv[1],"$?") == 0)
  {
    yes = 1;
    printf("%d\n",lastcode);
    lastcode = 0;
  }
  return yes;
}
int main()
{
  // 1、自己输出一个命令行
  MakeCommandLineAndPrint();
  //2、获取用户命令字符串
  char usercommand[SIZE];
  int n = GetUserCommand(usercommand,sizeof(usercommand));
  if(n<=0) return 1;// 没有获取到字符串则结束程序
  printf("%s\n",usercommand);
  // 3、命令行字符串分割
  SplitCommand(usercommand);
  for(int i=0;gArgv[i];i++)
  {
    printf("%s\n",gArgv[i]);
  }
  // 4、检测命令是否是内建命令
  n = CheckBuildin();// 不是0则是内建命令
  printf("n = %d\n",n);
  return 0;
}

运行结果 

1.5、执行命令 

创建子进程，使用进程替换，让子进程执行命令。

此处需要用到 fork() execvp() exit() waitpid() strerror() 函数。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

创建子进程，子进程返回0，父进程返回子进程pid。 

#include<unistd.h>
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

进程替换(只需传文件名，argv为命令行参数表)。 

#include <stdlib.h>
void exit(int status);

 退出进程。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

等待子进程。

#include <string.h>
char *strerror(int errnum);

根据错误码打印错误信息。 

errno为全局的错误码变量。

代码演示

char* gArgv[NUM];
int lastcode = 0;

void Die()
{
  exit(1);
}

void  ExecuteCommand()
{
  pid_t id = fork();
  if(id < 0) Die();
  else if(id == 0)
  {
    // child 程序替换
    execvp(gArgv[0],gArgv);
    exit(errno);
  }
  else 
  {
    // father
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id,&status,0);
    if(rid > 0)
    {
      lastcode = WEXITSTATUS(status);
      if(lastcode != 0) printf("%s:%s:%d\n",gArgv[0],strerror(lastcode),lastcode);
    }
  }
}

运行结果 

命令行是能够一直解释命令的，因此我们还需要加一个循环，在完整代码里面。 

1.6、完整代码 

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

#define SIZE 512
#define ZERO '\0'
#define SEP " "
#define NUM 32
// 找最后一个/ ，宏是替换可以不用传二级指针，do while 不加分号，为了后面加分号
#define SkipPath(p) do{ p += (strlen(p)-1); while(*p != '/') p--; }while(0)

char* gArgv[NUM];
int lastcode = 0;
char cwd[SIZE*2];

const char* GetUserName()
{
  const char* name = getenv("USER");
  if(name == NULL) return "None";
  return name;
}

const char* GetHostName()
{
  const char* hostname = getenv("HOSTNAME");
  if(hostname == NULL) return "None";
  return hostname;
}

const char* GetCwd()
{
  const char* cwd = getenv("PWD");
  if(cwd == NULL) return "None";
  return cwd;
}

const char* GetHome()
{
  const char* home = getenv("HOME");
  if(home == NULL) return "None";
  return home;
}

// command : output
void  MakeCommandLineAndPrint()
{
  char line[SIZE];
  // 用户名@主机名 当前路径
  const char* username = GetUserName();
  const char* hostname = GetHostName();
  const char* cwd = GetCwd();

  SkipPath(cwd);
  // 需要处理第一个/，长度为1用/
  snprintf(line,sizeof(line),"[%s@%s %s]> ",username,hostname,strlen(cwd) == 1 ? "/" : cwd + 1);
  printf("%s",line);
  fflush(stdout);
}


int GetUserCommand(char command[],size_t n)
{
  char* s = fgets(command,n,stdin);
  if(s == NULL) return -1;
  command[strlen(command)-1]=ZERO;
  return strlen(command);
}

void SplitCommand(char command[])
{
  // "ls -a -l -n" -> "ls" "-a" "-l" "-n"
  gArgv[0]=strtok(command,SEP);
  int index = 1;
  // 故意写成赋值，表示先赋值再判断，分割之后返回NULL，刚好让gArgv的最后一个元素为空，循环结束
  while((gArgv[index++] = strtok(NULL,SEP)));
}

void Die()
{
  exit(1);
}

void  ExecuteCommand()
{
  pid_t id = fork();
  if(id < 0) Die();
  else if(id == 0)
  {
    // child 程序替换
    execvp(gArgv[0],gArgv);
    exit(errno);
  }
  else 
  {
    // father
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id,&status,0);
    if(rid > 0)
    {
      lastcode = WEXITSTATUS(status);
      if(lastcode != 0) printf("%s:%s:%d\n",gArgv[0],strerror(lastcode),lastcode);
    }
  }
}

void Cd()
{
  const char* path = gArgv[1];
  if(path == NULL) path = GetHome();
  // path 一定存在
  chdir(path);

  // 刷新环境变量
  char temp[SIZE*2];
  getcwd(temp,sizeof(temp));
  snprintf(cwd,sizeof(cwd),"PWD=%s",temp);
  putenv(cwd);
}
int CheckBuildin()
{
  int yes = 0;
  const char* enter_cmd = gArgv[0];
  if(strcmp(enter_cmd,"cd") == 0)
  {
    yes = 1;
    Cd();
  }
  else if(strcmp(enter_cmd,"echo") == 0 && strcmp(gArgv[1],"$?") == 0)
  {
    yes = 1;
    printf("%d\n",lastcode);
    lastcode = 0;
  }
  return yes;
}
int main()
{
  int quit = 0;
  while(!quit)
  {
    // 1、自己输出一个命令行
    MakeCommandLineAndPrint();
    // 2、获取用户命令字符串
    char usercommand[SIZE];
    int n = GetUserCommand(usercommand,sizeof(usercommand));
    if(n<=0) return 1;
    // 3、命令行字符串分割
    SplitCommand(usercommand);
    // 4、检测命令是否是内建命令
    n = CheckBuildin();
    if(n) continue;
    // 5、执行命名
    ExecuteCommand();
  }
  return 0;
}

运行结果 

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