简易的shell实现

这篇文章的内容主要是利用进程的创建，等待，终止，替换。这些知识来实现一个自己的简易shell。

1. 大致思路

我们用了这么长的shell，它的大概过程是这样：

其实就是我们在不断的输入一个程序，然后执行它。因为这个shell是不断可以执行程序，所以应该是shell创建一个子进程来完成我们输入的命令。如下图所示：

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）

2. 基本实现

首先，shell就是一个死循环，当我们输入一个命令结束后，他就会开始下一个命令：

第二步，我们要提示一下用户：

这里我们为什么要这样来刷新，因为我们\n它会换行，我们输入命令一般是在提示符后面输入，而不是在下一行输入。

我们定义一个数组来存放你的字符串，然后把输入的字符串存进数组里：

这里我们一定要把回车清理，因为回车也是一个字符(\n)。我们这里用的fgets函数，可以看一下它的语法：

第三步，我们需要把输入的字符串按空格分割。因为在程序替换时，它是一个一个分开传的，我们可以把分割后的字符串放进一个数组里。

= 是故意这么写的，strtok 截取成功，返回字符串其实地址，截取失败，返回NULL。
这个strtok函数不理解的可以看这个文章：字符函数和字符串函数
第四步，我们创建一个子进程去进行程序替换：

我们来看一下运行结果：

我们可以看到大致是没有问题的。

3. 额外拓展

3.1 让文件带上颜色

我们平时用的shell，像可执行程序是绿色的，目录是蓝色的。那我们该如何实现呢？
首先，有一个alias的命令，它的意思是别名。

我们可以看到：myls和ls -a -l执行的一样的，但本质还是ls。那么我们可以看一下系统里的ls。

这个alias的意思是别名。ls本身是不带颜色的，但是加上一些其它选项。所以，我们自己写的时候，子进程程序替换找的是系统的ls，没有加上后面的选项。

所以遇到ls命令时，可以在下标为1的数组里加上这个选项。

3.2 内建命令

这个现象，我们可以看出我们cd过后，路径没有变化这是为什么。

从这里可以看出，我们用的cd可能不是/usr/bin目录下的。那这个cd是什么呢？
如果直接exec*执行cd命令，最多只是让子进程进行路径切换，但子进程是一运行就完毕的进程。但是在shell中，我们更希望父进程(shell本身)进行路径切换，因为父进程路径发生变化，后面的子进程也会继承父进程的路径。

如果有些行为，是必须让父进程shell执行的，不想让子进程执行的，绝对不能创建子进程。只能父进程自己实现对应的代码，由shell自己执行的命令，我们称之为内建(bind-in)命令。相当于shell内部的一个函数。

我们先看一下这个函数chdir：

这个系统调用函数意思是：用于改变当前工作目录，其参数为path 目标目录，可以是绝对目录或相对目录。


command_arge[1]里面存的就是目标路径。我们看一下运行结果：

这样就完美的解决了。那么有哪些内建命令呢？cd，export，echo这些都是。

3.3 添加环境变量

我们来看一下这样的运行结果：

所有的程序替换，如果我们不传环境变量，那么它会默认继承父进程的环境变量列表。

在前面，我们使用带e的exec函数时。自己传环境变量，它会覆盖系统的环境变量，那么我们该如果添加式的传环境变量，而不是覆盖式的呢？


从这个结果可以看到，我们在myshell里export没有办法添加，我们也不能使用environ指针去改变环境变量数组。我们可以使用一个putenv的函数：把字符串加到当前环境中。

我们先来演示一下：


我们这样来做看能不能成功：

我们可以看到还是没有成功。原因是：

每次循环时，它会重新初始化数组。这样我们写的环境变量的内容下一次就没了，所以我们需要自己保存一下环境变量内容。

这里的env_buffer如果我们不想消失可以用动态开辟的，如果我们想存多个环境变量可以用二维数组。

此时我们再测试一下：

我们看到成功添加了环境变量。

3.4 重定向的实现

这是我们平时用重定向的方法，左边是一个完整的命令，右边是一个文件，把本来输入到显示屏上，重定向到文件中。

那么在获取用户输入后，它有这几种情况：ls -a -l>log.txt or cat>log.txt or ls -a -l，原来下面写的是分析命令的过程。那么我们就要在这两个之间完成打开文件和重定向的工作。

那么我们就写一个函数来检查是否重定向：

那么我们就需要从头开始遍历一遍：

如果我们遇到了一个大于符号，那么我们还要进一步判断它下一个位置：

情况分好之后，我们可以定义一些标识符：

以输出重定向为例：
第一步：将遇到的符号改成\0。

DROP_SPACE这个意思是：把符号后面的空格去掉。


我们把信息记录下来，其它两个也是一样的道理。

在每次循环开始，把文件信息和重定向信息重新设置一下：

到这里，我们重定向信息已经整理好了，现在我们需要完成重定向了。

这里程序替换，会影响曾经子进程打开的文件吗？
不影响，程序替换只会影响该进程的代码和数据，曾经子进程打开的文件是内核数据，程序替换不会影响。

这里在open第三个参数：在创建文件时，设置文件访问权限的初始值。我们创建时，还是设置一下，不然创建出来是随机值。第三个参数是在第二个参数中有O_CREAT时才用作用。若没有，则第三个参数可以忽略。

运行结果如下：

总结：
1. 环境变量的数据，保存在进程的上下文中。
2. 环境变量会被子进程继承下去，所以会有全局属性。
3. 当我们进行程序替换的时候，当前进程的环境变量非但不会被替换，而且会继承父进程的。