【Linux】实现简易的Shell命令行解释器

大家好我是沐曦希

一、前言

前面学到了进程创建，进程终止，进程等待，进程替换，那么通过这些来制作一个简易的Shell命令行解释器。

首先这是与Shell的互动:

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. 获取命令行
2. 解析命令行
3. 建立一个子进程（fork）
4. 替换子进程（execvp）
5. 父进程等待子进程退出（wait）

二、准备工作

1.输出提示符

这里的提示字符为用户名@主机名 当前路径# 直接打印出来作为提示所用

printf("用户名@主机名 当前路径#");

这里没有\n，会有缓冲区的问题，类似于我们之前所说的进度条所遇到的问题，可以用fflush(stdout)刷新缓冲区。

2.输入和获取命令

• 输入

我们需要输入一连串命令，其中可能出现空格，所以不能使用gets函数，需要用到fgets函数，同时，可以定义一个lineCommand[NUM]数组

#define NUM 1024
char lineCommand[NUM];
char* s = fgets(lineCommand,sizeof(lineCommand) - 1, stdin);
assert(s != NULL);

但是打印的时候却多换了一行，这是我们把\n也读取到了，直接进行处理即可,清除最后一个\n

lineCommand[strlen(lineCommand) - 1] = 0;

可以通过打印看看效果和测试是否有BUG

printf("test:%s\n",lineCommand);

• 获取

输入之后，我们自然需要去进行获取，我们需要分割命令行，这个地方用strtok。把字符串切割成若干个子串：
strtok:第一次直接传递参数，第二次则必须传NULL。且在最终strtok会返回NULL。

3.shell运行原理

同时，在理解一下shell的运行原理：shell内部提取命令行做分析，然后调用exec. shell执行命令必须通过创建子进程，如果不创建子进程会把我们所有的shell全部替换，所以执行命令时一般磁盘上的程序必须创建子进程。

4.内建命令

我们在运行自己写的shell的时候，发现输入cd …输入cd path等命令时发现路径并没有改变！

没有发生改变是因为自己写的shell执行很多命令都要fork()创建子进程，让子进程执行的cd，子进程有自己的工作目录，所以更改的子进程的目录，子进程执行完毕，继续用的是父进程，既shell，并没有影响父进程，所以并没有改变。

对于cd,我们可以采用内建命令：不需要创建子进程执行，让shell自己执行命令，称为内建命令。本质就是执行系统接口，我们可以调用一个系统接口chdir，可解决上述问题：

5.替换

采用execvp进行替换进程

pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if(id == 0)
{
	execvp(myargv[0],myargv);
	exit(1);
}

三、整体代码

#include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #include
 #define NUM 1024
 #define OPT_NUM 64
 char lineCommand[NUM];
 char *myargv[OPT_NUM];//指针数组
 int lastcode = 0;
 int lastsig = 0;
 int main()
 {
     while(1)
     {
         // 1.输出提示符
         printf("lj@VM-8-2-centos 当前路径#");
         fflush(stdout);
         // 2.获取用户输入的命令，输入的时候，用户最后还输入了\n
         char* s = fgets(lineCommand,sizeof(lineCommand) - 1, stdin);
         assert(s != NULL);
         (void)s; //避免Linux认为s变量未使用,导致警告
         // 清除最后一个\n;例如:abcd\n
         lineCommand[strlen(lineCommand) - 1] = 0;
         //printf("test:%s\n",lineCommand);
         // "ls -a -l -i" -->字符串分割-->"ls" "-a" "-l" "-i"
         myargv[0] = strtok(lineCommand, " ");
         int i = 1;
         if(myargv[0] != NULL && (strcmp(myargv[0],"ls") == 0))
         {
             myargv[i++] = (char*)"--color=auto";
         }
         //如果没有子串了,strtok会返回NULL，即myargv[end] = NULL
         while(myargv[i++] = strtok(NULL," "));
         //如果是cd命令，不需要创建子进程，让shell自己执行对应的命令，本质就是执行系统接口
         //像这种不需要让我们的子进程来执行，而是让shell自己执行的命令—内建命令
         //其中echo是一个自建命令
         if(myargv[0] != NULL && (strcmp(myargv[0],"cd") == 0))
         {
             if(myargv[1] != NULL) chdir(myargv[1]);
             continue;
         }
         if(myargv[0] != NULL && myargv[1] != NULL && (strcmp(myargv[0],"echo") == 0))
         {
             if(strcmp(myargv[1],"$?") == 0)
             {
                 printf("%d,%d\n",lastcode,lastsig);
             }
             else
             {
                 printf("%s\n",myargv[i]);
             }
             continue;
         }
         //利用条件编译测试是否成功
 #ifdef DEBUG
         for(int i = 0; myargv[i]; ++i)
         {
             printf("myargv[%d]:%s\n",i,myargv[i]);
         }
 #endif
         //执行命令
         pid_t id = fork();
         assert(id != -1);
         if(id == 0)
         {
             execvp(myargv[0],myargv);
             exit(1);
         }
         int status = 0;
         pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
         assert(ret > 0);
         (void) ret;
         lastcode = (status >> 8) & 0xFF;
         lastsig = status & 0x7F;
     }
     return 0;
 }