linux编写一个shell程序,写一个简单的 Linux Shell (C++)

这里可以找到代码

github.com/z0gSh1u/expshell

支持的特性

单条指令的执行

引号引起的参数(如 $ some_program "hello, world" )

重定向(>、< )

管道(|)

内建指令(如 cd、history、quit)

指令别名(如 ll → ls -l)

家目录(~)

运行截图

如何写一个简单的 Shell

这里简单介绍写 Shell 时比较关键的一些部分，具体请查看源代码。

展示提示符

见 show_command_prompt 函数。

command_prompt 是在每行最开始显示的一段与用户名、路径等相关的提示信息。ExpShell 显示的 prompt 形如 [root@localhost tmp]>。用 > 而非 #、$ 作为提示符，以区分原生 Shell。

获取用户名

passwd *pwd = getpwuid(getuid());

string username(pwd->pw_name);

获取当前目录

getcwd(char_buf, CHAR_BUF_SIZE);

string cwd(char_buf);

prompt 中目录只显示最近一级，此处用 / 来 split 后取最后一个即可

家目录需要折叠为 ~，这里顺便把家目录地址存到全局变量 home_dir，后续要用到

获取主机名

gethostname(char_buf, CHAR_BUF_SIZE);

string hostname(char_buf);

有时 hostname 会是形如 localhost.locald.xxx 的形式，也 split 处理一下

输出之即可

cout << "[" << username << "@" << hostname << " " << cwd << "]> ";

解析命令

为存储解析结果，定义如下四个类：

cmd：各种 cmd 的基类

exec_cmd：形如 argv[0] argv[1] ... 的普通命令

pipe_cmd：管道命令，形如 left: cmd* | right: cmd*

redirect_cmd：重定向命令，形如 cmd_: cmd* > (or

(最基础的)解析 exec_cmd

见 parse_exec_cmd 函数。注意这里使用 string_split_protect 函数来 split 出 argv，这样可以保持被引号引起的带空格的 argument 不被拆分。

解析一条命令

见 parse 函数。采用分治法递归地解析命令。

从左到右扫描字符串

如果是普通字符，则读入缓存

如果是重定向符号，将当前缓存解析为 exec_cmd，作为左手边 cmd；继续不断读入直到再次遇到符号或字符串结束，作为右手边 file，构建 redirect_cmd

如果是管道符号，递归地调用 parse 解析右侧剩余，解析结果作为本层递归的右手边，构建 pipe_cmd

解析内建命令

主要支持 cd 、history 和 quit 命令。

调用 exit(0) 即可实现 quit

history 命令根据记录打印即可

对于 cd，考虑如下情况

无参 cd 等价于 cd ~

对于形如 cd ~/some_path 的命令，使用 home_dir 替换 ~

其他情况调用 chdir 即可

执行命令

主要见 run_cmd 函数。该函数接收一个 cmd*，递归地完成其链上所有 cmd 的执行。

对于 exec_cmd

检查别名，替换别名，例如 ll → ls -l

使用 execvp 函数执行命令

看 这篇博文 了解 exec 族函数，可见 execvp 在当前场景最为合适

第二个参数是一个末元素为 NULL 的 char**(char*[])，内容为 argv

对于 pipe_cmd

为 pipe_cmd 的 left 和 right 分别 fork 子进程执行，并使用管道让这两个兄弟进程通信

这张图很好地说明了父子进程使用管道通信的方法

依据上图，不难类比出兄弟进程进行 IPC 的方法如下

父进程 pipe

父进程 fork 两次

child1 关读端，重定向写端，执行命令，关写端

child2 关写端，重定向读端，执行命令，关读端

父进程关闭读、写端，并 wait

对于 redirect_cmd

打开 file，获得 fd

重定向 stdin 或 stdout 到 fd

执行命令

关闭 fd

主函数

在一个死循环中读入当前命令，如果不是 builtin_command，则 fork 子进程进行解析和执行(避免阻塞 ExpShell 自身)，执行完成后子进程 exit。

其他细节

pipe、open、dup2 等方法返回值小于 0 均表示出现错误，需要触发 panic

对于 wait 方法的状态字，当 WIFEXITED(status) 为 0 时表示子进程异常退出，使用 WEXITSTATUS(status) 可以进一步获得子进程的 exit code