标题：[Linux] Linux 模拟实现 Shell

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目录

一、什么是shell

二、shell的理解

三、模拟实现shell

1）打印命令行提示

2）获取用户的输入字符串

3）分割命令字符串

4）检查是否是内建命令

1. 什么是内建命令

常见的内建命令

5）进程程序替换

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 正文开始：

一、什么是shell

         Shell是用C语言编写的一个独立的可执行程序，它是用户与Linux或其他类Unix系统（如Mac OS）交流的桥梁，既是命令语言又是程序设计语言。

        定义：Shell是Linux内核的一个外层保护工具，并负责完成用户与内核之间的交互。

        功能：Shell是一个命令行解释器，它将用户输入的命令解析为操作系统所能理解的指令，实现用户与操作系统的交互。同时，Shell也提供了一种脚本编写功能，允许用户将一系列命令按照特定顺序排列，形成脚本文件，由Shell解释器逐行执行，以完成特定任务或实现一系列操作。

         Shell提供了丰富的内置命令和外部命令，如cd用于切换目录，ls用于列出目录内容，grep用于搜索文本等。这些命令可以组合使用，形成复杂的脚本，以实现各种功能。

 

二、shell的理解

         站在shell的角度，一个可执行程序，运行起来成为进程，它读取的一段指令其实一串字符串，操作系统无法理解这串字符串的具体意义，无法与用户交流，操作系统也就无法为用户服务。shell是外壳程序，就像一个包在操作系统外面的一层壳子，shell可以把用户输入的一串字符“翻译”

 给操作系统，把字符串转化为操作系统可以“听懂的”语言，这样操作系统就能听懂用户的需求，可以进一步为用户服务了。

        所以，根据这一理解，我们可以先设计一个框架，表明我们实现的shell的大致思路：

        1）打印命令行提示

        2）获取用户的输入字符串

        3）分割命令字符串，并存储到全局的字符串数组:myg_argv

        4）检查是否是内建命令,内建命令需要父进程自己执行

        5）进程程序替换

       

如果不知道什么是进程程序替换，可以浏览这一篇：《[Linux]进程程序替换》

        这也就表明了shell的运行机制，：

        假如shell读取到“ls”，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。

三、模拟实现shell

         由于我们当前实现的shell比较简单，目前没有分离编译最后链接，简单点说就是没有把声明和实现分离为源文件和头文件。而是简单的把一个一个的步骤封装为一个一个的函数。

1）打印命令行提示

         我们在与Linux的bash（shell的一种）命令行进行交互的时候，会发现每一次输入命令的前面，都会有一个命令行提示：

这个命令行提示包含的信息有：

用户名+主机名+当前目录 

        幸运的是，这些信息我们可以直接从环境变量中获取。我们可以通过<stdlib.h>中的getenv()接口获得环境变量，获取了这些环境变量之后就好办了，只需要用printf（标准格式化输出）即可实现打印命令行提示。具体实现如下：

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

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

const char *get_cwd()
{
    const char *cwd = getenv("PWD");
    if (cwd == NULL)
    {
        return "NONE";
    }
    return cwd;
}
void output_sng_line()
{
    // 直接打印输出到stdout
    const char *cwd = get_cwd();

   
    if (strlen(cwd) != 1)//特殊处理根目录“/”的情况
    {
        printf("%s@%s:~%s$ ", get_username(), get_hostname(), cwd);
    }
    else
    {
        printf("%s@%s:%s$ ", get_username(), get_hostname(), cwd);
    }

    fflush(stdout); // 刷新缓冲区
}

总结：

                通过库函数getenv获得环境变量，printf格式化输出即可；

                输出的格式可以对照你的本地的命令行提示符。

        上面的实例是按照我的阿里云服务器的命令行提示符来设计的，这是我的命令行提示符：

(包括普通目录和 特殊处理的根目录)

       

        注意：获取的环境变量PATH是一串完整的路径，与上图的路径不同，这就需要我们对路径进行截取，由于通过函数进行修改需要传递二级指针，比较麻烦，所以我们可以考虑使用宏替换函数实现：

// 这样写do{}while(0)：形成代码块；while(0)后面可随便带分号
#define Re_back(p)          \
    do                      \
    {                       \
        p += strlen(p) - 1; \
        while (*p != '/')   \
            --p;            \
    } while (0)

修改后的函数具体实现：

void output_sng_line()
{
    // 直接打印输出到stdout
    const char *cwd = get_cwd();

    // 这个宏后面可以随便加分号，看起来更像一个函数
    Re_back(cwd);

    if (strlen(cwd) != 1)
    {
        printf("%s@%s:~%s$ ", get_username(), get_hostname(), cwd);
    }
    else
    {
        printf("%s@%s:%s$ ", get_username(), get_hostname(), cwd);
    }

    fflush(stdout); // 刷新缓冲区
}

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2）获取用户的输入字符串

         我们需要再设计一个缓冲区，用来存储读取的命令行信息——usercommand,SIZE的大小可以自己设计，可以大一些，这样允许一次输入比较长的指令。

        返回值表示获取命令是否成功，如果失败返回-1——如果失败，就没有运行的意义了，所以退出即可。

main函数接口调用：

获取用户的输入字符串 函数具体实现：

     一个小细节，在读取的时候，由于我们最后输入指令的时候，会附带一个换行符，表示输入命令结束，这个换行符也会被读入，于是需要将缓冲区的 '\0'的位置提前一个位置。

int get_user_command(char line[], int n)
{
    char *s = fgets(line, n, stdin);
    if (s == NULL)
    {
        printf("err\n");
        return -1;
    }
    // 处理字符串结尾的\n
    line[strlen(line) - 1] = ZERO;
    return 0;
    // printf("%s\n",line);
}

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3）分割命令字符串

main函数接口调用：

         分割命令字符串具体实现：（复用库函数strtok()，字符串分割函数）

void partation_command(char *command, int n)
{
    (void)n; // 暂时禁用n，防止编译老是提醒

    myg_argv[0] = strtok(command, SKP);

    int index = 1;
    // 有意的设计 “=” :先赋值再判断；当srtok无法分割时，返回NULL，正好让g_argc最后一个元素为NULL
    while ((myg_argv[index++] = strtok(NULL, SKP)))
    {
    }
}

 

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4）检查是否是内建命令

1. 什么是内建命令

        在Linux操作系统中，内建命令（builtin commands）是指那些直接由shell（如Bash、Zsh等）自身实现和提供的命令，而不是作为独立的可执行文件存在于文件系统中的命令。内建命令通常比外部命令（external commands）执行得更快，因为它们不需要启动一个新的进程来执行。 

常见的内建命令

以下是一些常见的Bash内建命令：

• cd：更改当前工作目录。
• echo：在标准输出上显示一行文本。
• exec：用指定的命令替换当前的shell进程。

         等等....

        其实，内建命令之所以必须是内建命令，一定有一定的原因：

        以cd为例子，执行cd，如果父进程创建一个子进程让他帮自己执行，那么子进程的目录确实是切换了，但是父进程的目录还是没有变化啊！所以cd之所以必须是内建命令，是因为必须让父进程自身执行cd命令。让父进程自身切换工作路径，需要系统调用接口：

chdir（） 

main函数接口调用：

        返回值表示：

        1——是内建命令，父进程需要自己完成命令，则不需要执行第五步操作；

        其他——不是内建命令，父进程可以通过创建子进程来让子进程替自己完成命令。 

 检查进程是否是内建命令其实是很简单朴素的，就是一个一个的条件判断，具体函数实现如下：

（这里也给出了CD内建命令的实现方式）

void _CD()
{
    char *newpath = myg_argv[1];
    // 说明只有一个cd，默认切换到家目录
    if (newpath == NULL)
    {
        newpath = (char *)get_home();
    }

    chdir(newpath);

    // 这个时候，环境变量没有被改变，使用cd的时候，虽然可以切换路径，但是getpath打印出来的不变
    // path环境变量需要shell自己维护
    char tem[SIZE];
    getcwd(tem, sizeof(tem));
    snprintf(cwd, sizeof(cwd), "PWD=%s", tem);
    putenv(cwd);
}

int check_inbuildcommand_execute()
// 内建命令需要父进程执行，如果子进程执行cd，则子进程目录切换，父进程没切换
{
    int yes = 0;
    // myg_argv[0]一定是命令
    char *inb_cmd = myg_argv[0];

    // 检查是否是cd命令，
    if (strcmp(inb_cmd, "cd") == 0)
    {
        yes = 1;
        _CD();
    }
    else if (strcmp(inb_cmd, "echo") == 0 && strcmp(myg_argv[1], "$?") == 0)
    {
        yes = 1;
        printf("%d\n", lastcode);
    }
    return yes;
}

 

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5）进程程序替换

 main函数接口调用：

         父进程创建一个子进程帮自己干活，父进程只需要坐在一旁等着就行了：

void execute_command()
{
    pid_t id = fork();
    if (id == 0) // 子进程给父进程做事
    {
        int ret = execvp(myg_argv[0], myg_argv);
        if (ret == -1)
        {
            exit(errno);
        }
    }
    else // 父进程
    {
        int status = 0;
        pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); // 等待子进程退出

        if (rid > 0) // 等待子进程成功
        {
            if (WIFEXITED(status))
            {
                lastcode = WEXITSTATUS(status);
            }
            else
            {
                printf("lastcode 不重要了,子进程被信号杀掉\n");
            }
        }
        else
        {
            printf("waitpid fail");
            exit(-1); // 父进程shell退出
        }
    }
}

        最后不要忘了回收子进程的退出信息。 

---

完~

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