学习理解shell的好办法--编写自己的shell 之一
本文参考自《Unix/Linux编程实践教程》, 这是一本讲解unix系统编程的书，注重实践，理解难度不大，推荐大家阅读，敲完本书后，对于理解unix系统如何运作会有更深的视角，回过头再学习别的 Linux相关的东西时，感受非常不一样，这是一本可以提高“内功”的书。自己加了些很菜的解释，以便其他小白理解，大牛直接飘过吧，错误之处希望指正。
shell是一个管理进程和运行程序的程序，用来人和机器交互
常用的shell如sh,bash,zsh,csh,ksh等都有三个主要功能:
1. 运行程序
date, ls, who都是用C写的实用程序, shell负责将它们装入内存运行, 因此shell可以看成一个程序启动器
2. 管理输入输出
利用重定向符号<, >,管道符号 | , 可以告诉shell将输入输出定向到文件或其他进程，也可以从文件定向到标准输入输出。尤其是管道，感觉非常酷！通过组合那些基本命令，实现很多功能
3. 可编程
即带有变量和控制。其实变量是缓冲思想的在最小处的一个应用，先暂存到一个地方，一会儿再用。控制即if, while啥的，控制执行过程。有了变量和控制，单独执行的那些程序便可以放到一个文件中，即所谓的脚本，这样就能一次运行多个命令，也可以保存供以后使 用。其他脚本语言也是类似的原理。
本篇先讲解shell如何运行程序，写一个不带变量和控制的shell，老子曰：“千里之行，始于足下”。 shell的工作看起来是这样的：开一个终端后，打印提示符，一般就是那个"$"或"#", 愚蠢的人类输入命令，命令执行完了，又出现提示符，无尽的循环......直到退出终端，比如输入exit，这是通过命令退出；或提示符后按ctrl + d，这产生一个文件结束符；或图形终端模拟器中鼠标点了窗口的关闭，这是由窗口管理器处理。其实这三个都是用来结束那个无尽的循环，退出shell自己 的。
shell的主体是这样的:
while(!end_of_input) {
等待人类输入命令；
执行命令;
等待命令结束；
}
那个end_of_input由前面提到的三种退出方法产生。有一个情形是这样的，在shell里再运行一个shell，然后在shell里运行的 shell那个shell里再运行一个shell，然后在......你可以买个俄罗斯套娃玩了 :P .一般的程序都是干完自己的活就退出了（命令行界面下常用的程序都是这样的，但图形界面程序为了交互大都需要人类自己去关闭），但因为shell是运行其 他程序的程序，因此它的退出需要另外干预。
为了写一个shell，要知道：
1. 在程序中运行一个程序（相当于创建一个进程）；
2. 等待程序中那个新程序的退出
关于进程：运行中的程序。或者说就是在内存中的程序和一些设置，比如状态、时间、进程号等，ps -x命令的输出中，每一行就是一个进程的信息。top命令可以查看实时的进程信息。我们小白初学编程时，写的都是些单进程的程序，一下子到底，比如打印个"hello"。但要把程序执行两遍，只能你再输入一遍，让它再执行一遍，而这可以让程序自己完成，那就是用多进程。这个思路可以用C语言中函数调用来类比。你可以把所有要做的事写道main里，有重复的工作时，一般是建立一个子函数，然后多次调用，而不是复制代码。
execvp调用: execvp(program,arglist). program为调用的程序名，arglist为参数列表，用它来从程序中运行程序，它会利用环境变量查找program，就是ls,who之类。
fork调用：fork(). 创建新进程，它干的活就是把原来运行的程序复制一份，这样，内存中就有了两个一样的程序。这两个程序不再叫程序了，就叫他们进程吧。fork原始意思就是分叉，一条道变成两条道，分道扬镳之后，就走自己的路了。
wait调用：wait(&status). 等待子进程结束。等待分为阻塞和非阻塞，比如要喝一壶茶这个进程。你就是shell。先创建一个烧水的进程，你可以选择阻塞，就是i蹲在旁边看着壶冒热气，也可以非阻塞，水开了壶会有鸣叫，这就属于信号了，另外壶也可以把它的状态存进status里。shell是最初的父进程，它一般执行一个程序是都是阻塞的，不过你看不到，因为机器太快。而后台进程就是非阻塞的，就是命令后边加个"&".
下面开工!
1.只能运行一个程序的shell
有一组系统调用exec完成“在程序中运行另一个程序”的工作，具体怎么完成的细节先不深究，那又属于另一个编程层次了，这里只是为了写个小shell，只会用这调用就行了，就当成是调用自己的main程序之外的一个函数吧。
这里用到的是execvp.下面是只能运行一个程序的“残疾”shell的代码，因为这货运行完你输入的第一个程序后自己也退出了.
/* egg_sh.c
* 你认为是先有蛋呢还是鸡呢，这个连鸡和蛋自己都不知道的问题困扰了愚蠢的人类很长时间，姑且认为先有蛋吧，此残疾shell被命名为egg_sh
* by the way, 使用大写字母开头分隔程序名是很丑陋的，比如EggSh, 真正的程序员用"_"分隔程序名
*/
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#define MAXARGS 20 /* 参数的最大个数 */
#define ARGLEN 100 /* 参数缓冲区长度 */
char * makestring(char *buf);
int execute(char *arglist[]);
int main()
{
char *arglist[MAXARGS+1]; /* 参数数组 */
int numargs = 0; /* 参数数组索引 */
char argbuf[ARGLEN]; /* 存放读入内容的缓冲区 */
while( numargs < MAXARGS ) {
printf("arg[%d]? ", numargs); /* 打印提示符 */
if( fgets(argbuf, ARGLEN, stdin) && *argbuf != '\n' )
arglist[numargs++] = makestring(argbuf);
else{
if( numargs > 0 ){
arglist[numargs] = NULL;
execute(arglist);
numargs = 0;
}
}
}
return 0;
}
int execute(char *arglist[])
{
execvp(arglist[0], arglist); /* 此处即开始执行程序中的程序, arglist[0]为新程序的名称，arglist为参数列表 */
perror("execvp failed");
exit(1);
}
char *makestring(char * buf)
/*
* 去掉每个参数最后位置的换行，改成'\0'，即C语言的字符串结束符
* 并为每个参数分配内存，以便存放它们
*/
{
char *cp;
buf[strlen(buf)-1] = '\0'; /* 将'\n'改为'\0' */
cp = malloc(strlen(buf)+1);
if( cp == NULL ){
fprintf(stderr, "no memory\n"); /* 从开始学编程到现在，内存不足这个情况我从来没碰到过=_=! */
exit(1);
}
strcpy(cp, buf); /* 把参数缓冲区里的内容复制到刚分配的地方 */
return cp; /* 返回参数所在位置的指针 */
}
hotea@tmp♪ ./a.out arg[0]? ls arg[1]? -l arg[2]? -a arg[3]? 总用量 32 drwxrwxrwt 4 root root 4096 7月 29 12:11 . drwxr-xr-x 23 root root 4096 7月 10 02:39 .. -rwxr-xr-x 1 hotea hotea 6251 7月 29 12:05 a.out -rw-r--r-- 1 hotea hotea 1788 7月 29 12:05 egg_sh.c drwxrwxrwt 2 root root 4096 7月 29 08:36 .ICE-unix -r--r--r-- 1 root root 11 7月 29 2014 .X0-lock drwxrwxrwt 2 root root 4096 7月 29 2014 .X11-unix hotea@tmp♪
2.可以运行多个程序的shell
之前的蛋shell只用了exec，所以只能执行一个程序，现在加上fork调用，可以运行多个程序，把exec放到fork之后的叉路上，它退出了，shell也不会退出。fork执行后，由于分身为两个，为了区分，子进程中fork返回0, 父进程中fork返回子进程的pid。
这样一来执行流程是这样的：
1.提示符 -> 2.取得命令 -> 3.建立新进程 -> 4.父进程 等待..................... 得到子进程状态 -> 回到提示符
| |
子进程 -> exec运行新程序 -> 结束退出 -> 退出状态
只需更改execute函数, 这个能运行多个程序的shell已经可以完成最基本的工作了，只是用起来还是不舒服，像蛋shell那样得一次一行输入内容
int execute(char *arglist[])
/* 使用fork()和execvp(), 用wait()等待子进程
*/
{
int pid,exitstatus; /* 子进程的进程号和退出状态 */
pid = fork(); /* 创建子进程 */
switch( pid ){
case -1:
perror("fork failed");
exit(1);
case 0:
execvp(arglist[0], arglist); /* 执行在shell中输入的程序 */
perror("execvp failed");
exit(1);
default:
while(wait(&exitstatus) != pid)
;
printf("child exited with status %d, %d\n",exitstatus>>8, exitstatus&0377); /* 退出信息 */
}
} fork之后，上面这段代码在父子进程中是一样的，不过由于pid不同，才导致执行的部分不同，如果fork不出错的话，子进程会执行case 0后面部分，因为它的pid为0，这样由于调用了exit,子进程也就退出了；父进程执行default后部分，得到子进程的退出状态信息，这信息保存在exitstatus中，可以用，也可以扔掉，这里把它打印出来了，exitstatus>>8是退出值，后面和0377按位与得到信号的号，我们先不用这些。
执行情况类似下面这样
hotea@tmp♪ ./a.out arg[0]? ls arg[1]? a.out big_egg_sh.c egg_sh.c child exited with status 0, 0 arg[0]? ps arg[1]? PID TTY TIME CMD 3708 pts/0 00:00:00 bash 5266 pts/0 00:00:00 a.out 5268 pts/0 00:00:00 ps child exited with status 0, 0 arg[0]? 按ctrl+D arg[0]? arg[0]? exit arg[1]? execvp failed: No such file or directory child exited with status 1, 0 arg[0]? ^C hotea@tmp♪运行多个程序可以了，但^D不管用了，exit也不好使了,原因简单解释一下，子进程调用execvp(exit,NULL),这里把exit当成了新程序，而我们可以用type exit产看exit是shell内嵌的，也就是在环境变量PATH里是找不到的，像ls，who这些多在/bin，/usr/bin这些目录，可以找到，而cd，exit这些内嵌命令，它就会提示no such file or directory. 另外，要退出这个big_egg_sh, 只能通过ctrl+C信号杀死他了，而我们系统用的shell用ctrl+C是杀不死的，而要用ctrl+D退出。为了使big_egg_sh不被^C杀死，可以在其main函数中加入这一句，表示忽略^C产生的信号
signal(SIGINT,SIG_IGN)