Linux下具有基本功能的shell的具体代码实现（详细）
在前几个月对Linux的学习过程中，一直在与shell进行交互，感觉shell充满了神秘感。偶然看到一篇文章讲解了shell的实现，感觉也不是很难的样子，于是自己也开始开发自己的minishell，顺便也巩固了前一段时间学习的linux系统编程的知识。
先来展示一下我的这个minishell实现的功能：
1. 支持ls,touch,wc 等外部命令
2. 支持输入输出重定向符
3. 支持管道命令
4 .支持后台作业
5. 支持cd,jobs,kill,exit等内部命令（自己还写了一个about 命令 ^ _ ^）
6. 支持对ctrl+c 和ctrl +z 信号的处理
接下来我们按照编写的步骤一一来分析：
（一）命令的解析
输入命令的解析在本程序中占到了很大的比重，虽然像这种解析普通命令的程序（正则表达式太难了。。）的解释器难度不大，但是健壮性和全面性还是需要周全考虑的。
这里采用了分段解析，先除去起始空格，制表符等，并以此和一些‘|’，‘<’为分割界限来解析命令至COMMAND结构体。直接看代码吧，注释很详细！
/*
* 解析命令
* 成功返回解析到的命令个数，失败返回-1
*/
int parse_command(void)
{
/* cat < test.txt | grep -n public > test2.txt & */
if (check("\n"))
return 0;
/* 判断是否内部命令并执行它 */
if (builtin())
return 0;
/* 1、解析第一条简单命令 */
get_command(0);
/* 2、判定是否有输入重定向符 */
if (check("<"))
getname(infile);
/* 3、判定是否有管道 */
int i;
for (i=1; i"))
{
if (check(">"))
append = 1;
getname(outfile);
}
/* 5、判定是否后台作业 */
if (check("&"))
backgnd = 1;
/* 6、判定命令结束‘\n’*/
if (check("\n"))
{
cmd_count = i;
return cmd_count;
}
else
{
fprintf(stderr, "Command line syntax error\n");
return -1;
}
}
/*
* 解析简单命令至cmd[i]
* 提取cmdline中的命令参数到avline数组中，
* 并且将COMMAND结构中的args[]中的每个指针指向这些字符串
*/
void get_command(int i)
{
/* cat < test.txt | grep -n public > test2.txt & */
int j = 0;
int inword;
while (*lineptr != '\0')
{
/* 去除空格 */
while (*lineptr == ' ' || *lineptr == '\t')
lineptr++;
/* 将第i条命令第j个参数指向avptr */
cmd[i].args[j] = avptr;
/* 提取参数 */
while (*lineptr != '\0'
&& *lineptr != ' '
&& *lineptr != '\t'
&& *lineptr != '>'
&& *lineptr != '<'
&& *lineptr != '|'
&& *lineptr != '&'
&& *lineptr != '\n')
{
/* 参数提取至avptr指针所向的数组avline */
*avptr++ = *lineptr++;
inword = 1;
}
*avptr++ = '\0';
switch (*lineptr)
{
case ' ':
case '\t':
inword = 0;
j++;
break;
case '<':
case '>':
case '|':
case '&':
case '\n':
if (inword == 0)
cmd[i].args[j] = NULL;
return;
default: /* for '\0' */
return;
}
}
}
/*
* 将lineptr中的字符串与str进行匹配
* 成功返回1，lineptr移过所匹配的字符串
* 失败返回0，lineptr保持不变
*/
int check(const char *str)
{
char *p;
while (*lineptr == ' ' || *lineptr == '\t')
lineptr++;
p = lineptr;
while (*str != '\0' && *str == *p)
{
str++;
p++;
}
if (*str == '\0')
{
lineptr = p; /* lineptr移过所匹配的字符串 */
return 1;
}
/* lineptr保持不变 */
return 0;
}
void getname(char *name)
{
while (*lineptr == ' ' || *lineptr == '\t')
lineptr++;
while (*lineptr != '\0'
&& *lineptr != ' '
&& *lineptr != '\t'
&& *lineptr != '>'
&& *lineptr != '<'
&& *lineptr != '|'
&& *lineptr != '&'
&& *lineptr != '\n')
{
*name++ = *lineptr++;
}
*name = '\0';
}
（二）命令的执行和实现
1、程序框架：
在对命令的解析完毕后，我们先考虑两个大的方向，即是外部命令还是内部命令？
外部命令的话，我们只需要fork一个子进程，用execvp()来执行就可以了；对于内部命令则需要自己去实现。
提出两个问题：第一个，为什么要使用execvp() ？第二个，为什么要fork一个子进程来实现，直接while循环不可以吗？
解答：
（1）我们之所以使用execvp(),是因为函数的原型是 int execvp(const char *file ,char * const argv []); 第一个参数是命令文件名，第二个是参数，执行命令非 常的方便。
（2）一旦执行execvp()，当前进程就会被execvp的进程所替代，执行完后就会结束程序，所以while循环是不可以的，必须要fork一个子进程来执行。
while(1) { /* repeat forever */
type_prompt(); /* display prompt on the screen */
read_command(command,parameters); /* read input from terminal */
if(fork()!=0) { /* fork off child process */
/* Parent code */
waitpid(-1,&status,0); /* wait for child to exit */
} else {
/* Child code */
execvp(command,parameters); /* execute command */
}
}利用这个框架，外部命令（可执行文件）的功能基本实现(vi ,top ,ps等均可使用)。
2、输入输出重定向
当分析出来有输入输出重定向的符号时，我们要使用dup()函数来实现。函数详解请参考 我的博客
对于输入的句法分析结果，我们使用一个结构体来保存：
typedef struct command
{
char *args[MAXARG+1]; /* 解析出的命令参数列表 */
int infd;
int outfd;
} COMMAND;
/* 子进程 */
if (cmd[i].infd != 0)
{
close(0);
dup(cmd[i].infd);
}
if (cmd[i].outfd != 1)
{
close(1);
dup(cmd[i].outfd);
}
int j;
for (j=3; j
3、管道命令
管道命令是使用pipe()函数实现的。关于管道的详解请参考 我的博客
假如我们有 a | b | c 这样一个形式的命令，那么是需要创建两条管道的，依次类推。
int i;
int fd;
int fds[2];
for (i=0; i
判断后台，我们只需要解析命令看是否存在 “&”，若存在则backgnd = 1，不再对后台进程进行wait。为了避免僵尸进程，我们可是选择使用signal()处理SIGCHLD，将其忽略，同时忽略SIGINT和SIGQUIT信号（后台不响应ctrl+c,ctrl+z）。但是注意backgnd=0的时候要将这两个信号再设置成默认处理，否则前台也不能响应信号了。
5.内部命令
1、 cd命令的实现
cd命令的实现主要依赖于系统调用chdir()。我们通过将第一个参数传入chdir就可以进行一次成功的cd调用。通过判断chdir()不同的返回值可以判断出更改目录成功与否，并能输出错误原因。
void do_cd(void)
{
get_command(0);
int fd;
fd=open(*(cmd[0].args),O_RDONLY);
fchdir(fd);
close(fd);
}
2、 jobs命令的实现
jobs命令我们维护一个链表，每次当有一个后台进程运行的时候，都要向这个链表中添加一个数据。并当子进程结束的时候会向父进程发送SIGCHLD信号，父进程也就是Shell要处理这个信号，并且将后台进程链表中相应的进程进行处理，也就是将其移除。
/* 父进程 */
if (backgnd == 1)
{
/*添加入jobs的链表*/
NODE *p=(NODE*)malloc(sizeof(NODE));
p->npid=pid;
printf("%s",cmd[0].args[0]);
strcpy(p->backcn,cmd[0].args[0]);
// printf("%s",p->backcn);
NODE* tmp=head->next;
head->next=p;
p->next=tmp;
}
3、 exit命令的实现
exit命令分两部分实现。第一，当词法分析到exit的时候直接调用系统调用exit（）就可以了。第二，退出之前要判断一下后台进程链表中是否还有未执行完的任务，如果有未执行完的任务，要提示用户，等待用户选择。
void do_exit(void)
{
int Pgnum=0;
NODE* tmp=head->next;
while(tmp!=NULL)
{
Pgnum++;
tmp=tmp->next;
}
if(Pgnum!=0)
{
printf("There are programs in the background,are you sure to exit?y/N\n");
char c= getchar();
if(c=='N')
return ;
else
goto loop;
}
loop:
printf("exit\n");
exit(EXIT_SUCCESS);
}kill命令的实现是通过信号来实现的，我们使用kill -9 +pid来强制结束后台进程，用kill系统调用向相应的进程发送SIGQUIT信号来使进程强制退出。
void do_kill(void)
{
get_command(0);
int num=atoi(cmd[0].args[1]);
signal(SIGQUIT,SIG_DFL);
kill(num,SIGQUIT);
signal(SIGQUIT,SIG_IGN);
NODE *bng=head->next;
NODE *pre=head;
while(bng!=NULL)
{
if(bng->npid==num)
{
NODE* nxt=bng->next;
pre->next=nxt;
break;
}
pre=bng;
bng=bng->next;
}
}到这里，本程序的功能已经基本实现，效果还算不错。
注：本程序的具体源码托管至 Github ，欢迎大家关注！
然而依然存在一些不足之处：
1.因为时间和测试不足的关系，肯定存在着bug
2.没能支持正则表达式等复杂的命令解析
3.不能执行shell脚本。
4.没有实现上下键查看历史命令的功能。
总的来说，自己收获很大，也希望可以帮助到大家！