【从浅学到熟知Linux】进程控制下篇=＞进程程序替换与简易Shell实现（含替换原理、execve、execvp等接口详解）

Jammingpro2024-04-20 12:24

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文章目录

进程程序替换

什么是程序替换及其原理

父进程创建子进程的目的只有一个：让子进程帮助父进程完成某些任务。如果要让子进程执行与父进程不同的代码有两种方式↓↓↓

  • 通过if分支判断语句决定父子进程各自的执行代码
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)//进程创建错误
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)//子进程
	{
		int cnt = 5;
		while(cnt)
		{
			printf("child process %d is doing something different from parent process!\n");
			cnt--;
		}
		exit(0);
	}
	else//父进程
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(ret == id)
		{
			printf("parent wait child process success! exitcode = %d\n", WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}
  • 通过进程程序替换，让子进程执行与父进程完全不同代码

下面仅是演示代码，关于进程程序替换的详细内容将在下文介绍↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)
	{
		execlp("top", "top", NULL);
		exit(2);
	}
	else
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("wait success! exitcode = %d\n", WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

从上面可知，用fork创建子进程后可以执行的程序和父进程相同的程序（但可能执行不同的代码分支），也可以通过调用exec系列函数接口来执行另一个程序。

当程序调用exec系列函数中的一个时，该进程的用户空间的代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。调用exec并没有创建新进程，所以调用exec前后该子进程的id并没有改变。调用了exec函数后，会对子进程的数据和代码做写入，此时会发生写时拷贝（即子进程不再与父进程共享代码和数据，而是在物理空间中拥有自己独立的代码和数据）。


★ps：CPU如何得知替换后程序的入口？Linux中形成的可执行文件是有格式的（即ELF），可执行文件的表头包含可执行程序的入口地址、页表、mm_struct（程序地址空间）等。

替换函数

下面了解一下exec系列函数->替换换函数共有7个，先看一下它们，对它们有一个大致印象↓↓↓（除了execve在2号man手册，其余均位于3号man手册）

下面给出每个exec系列函数的使用方法↓↓↓

execl

int execl(const char* path, const char* arg, ...)

execl的第一个参数需要传入可执行文件的绝对路径，例如，可以传入/usr/bin/ls。而余下参数为可变参数，传入形式就和我们使用命令行命令一样，先给出命令名称，再给出命令行参数，最终以NULL结尾，例如，"ls"、"-a"、"-l"、NULL。

★ps：execl的l表示list（列出）的意思，即需要列出每个命令行参数。

下面给出接口使用示例↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)
	{
		execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
		exit(2);
	}
	else
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

execlp

int execlp(const char* file, const char* arg, ...);

execlp第一个参数如果是存在于PATH环境变量中的可执行文件（如命令等），可以直接写出可执行文件名称即可，不用写绝对路径，因为execlp在执行时，会在PATH环境变量中的各个目录下查找对应的可执行文件；但如果是不存放于PATH环境变量中的各个目录下的可执行文件，则需要使用绝对路径。而余下参数为可变参数，传入形式就和我们使用命令行命令一样，先给出命令名称，再给出命令行参数，最终以NULL结尾，这与execl相同。

★ps：exec系列函数中，主要带有p的，如果可执行文件存在于PATH环境变量中，均不需要使用绝对路径，只需要给出可执行文件名即可。

下面给出接口使用示例↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)
	{
		execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
		exit(2);
	}
	else
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

★ps：如果我们的exec系列函数能够执行系统命令，那如何执行我们自己编写的可执行程序呢？下面演示C语言程序调用C++程序↓↓↓

excute.cpp↓↓↓

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	for(int i = 0; i < 5; i++)
	{
		cout << "Jammingpro is coding..." << endl;
	}
	return 0;
}

execlp2.c

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)
	{
		execlp("./excute", "excute", NULL);
		exit(2);
	}
	else
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

execle

int execle(const char *path, const char *arg,..., char * const envp[]);

该接口函数的第一个参数path需要使用传入可执行文件的绝对路径，紧接其后的arg与execl用法一致，传入形式就和我们使用命令行命令一样，先给出命令名称，再给出命令行参数，最终以NULL结尾。最后一个参数envp表示环境变量。

子进程默认继承父进程的环境变量，那环境变量是什么时候传给子进程的呢？环境变量也是数据，创建子进程的时候，环境变量就被子进程继承下去了。即使对代码和数据修改时发生写时拷贝，也不会影响父子进程共享同一片环境变量空间。所以发生程序替换时，环境变量信息不会被替换。如果需要对子进程的环境变量做修改可以选择execle、execvpe、execve，这3个exec系列接口。这里先通过execle接口介绍execle、execvpe、execve的两个应用场景↓↓↓

  • 希望子进程增加新增或覆盖某些环境变量

下面代码中，父进程fork创建子进程后，子进程在进行程序替换前，给自己增加了一个"Jammingpro=666"的环境变量。子进程能获取该环境变量，而父进程无法获取该环境变量。

execle_test.c↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	char* s = getenv("Jammingpro");
	if(s != NULL) printf("%s\n", s);
	return 0;
}

execle1.c↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	extern char **environ;
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)//子进程
	{
		extern char **environ;
		putenv("Jammingpro=666");//给子进程新增环境变量，该语句子进程会执行
		execle("./execle_test", "execle_test", NULL, environ);
		exit(2);
	}
	else//父进程
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		char* s = getenv("Jammingpro");
		if(s != NULL) printf("%s", s);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}
  • 安全考虑及定制化场景

出于安全考虑，不希望子进程获取父进程的环境变量；或者因为子进程需要定制与父进程完全不一样的环境变量。可以定义一个字符指针数组，在该数组中存储子进程专属的环境变量，当使用execle、execvpe、execve将该环境变量传入时，会直接覆盖从父进程继承下来的环境变量。

下面代码中，给子进程创建专门的环境变量，子进程此时可以获取专门的环境变量"Jammingpro=666"，但无法获取父进程的环境变量PWD，因为使用exec带e的接口时，直接覆盖了子进程从父进程那里继承的环境变量。而父进程能获取从bash继承下来的环境变量，而无法获取子进程专属的环境变量。

execle_test2.c↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	char* s = getenv("Jammingpro");
	if(s != NULL) printf("%s\n", s);
	else printf("Don't have Jammingpro\n");

	s = getenv("PWD");
	if(s != NULL) printf("%s\n", s);
	else printf("Don't have PWD\n");
	return 0;
}

execle2.c↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	extern char **environ;
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)//子进程
	{
		char* env[] = {"Jammingpro=666", "xiaoming=888"};
		execle("./execle_test2", "execle_test2", NULL, env);
		exit(2);
	}
	else//父进程
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		char* s = getenv("Jammingpro");
		if(s != NULL) printf("%s\n", s);
		else printf("Don't have Jammingpro\n");
	
		s = getenv("PWD");
		if(s != NULL) printf("%s\n", s);
		else printf("Don't have PWD\n");
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

★ps：关于putenv与exec带e系列接口原理探索

子进程和父进程的PCB内都有一个环境变量表指针，当子进程刚创建时，子进程的环境变量表指针与父进程指向同一个位置，一旦子进程调用putenv尝试对环境表做修改，此时则会发生写时拷贝。

环境变量表是是一个字符指针数组，也就是说：环境变量表中并不会直接存储对应的环境变量，而是存储各个环境变量的存储地址 。当我们使用putenv时，本质是将我们定义环境变量（字符串或char类型数组）的首地址存储到该环境变量中。如果定义一个char env[100] = "Jammingpro=666"，再执行putenv(env)，则会将env的首地址存储到环境变量表中。此时不可以修改env数组中的内容，一旦修改，则对应的环境变量会跟着发生变化。

putenv只是修改环境变量表中某个表项的指向。但如果我们使用的是exec带e系列函数，则会直接修改进程PCB中环境变量表指针的指向。

execv

int execv(const char *path, char *const argv[]);

该接口第一个参数需要传入可执行程序的绝对路径，第二参数需要传入命令行参数，不同的是，这里并不是使用可变参数列表的方式，而是使用字符指针数组的方式。例如，我们需要执行ls命令，则第一个参数需要传入/usr/bin/ls，第二个参数需要先定义一个字符指针数组char* opts[] = {"ls", "-a", "-l", NULL}，再将该数组作为第二参数传入。

★ps：exec系列函数中，带v的，则第二个参数需要以字符指针数组的形式传入命令行参数。

下面给出接口使用示例↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	extern char **environ;
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)//子进程
	{
		char* opts[] = {"ls", "-a", "-l", NULL};
		execv("/usr/bin/ls", opts);
		exit(2);
	}
	else//父进程
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

execvp

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

该接口第一个参数传入可执行文件，如果该可执行文件可以在PATH环境变量中找到，则不需要使用绝对路径，否则需要使用绝对路径；第二个参数需要以字符指针数组的形式传入命令行参数。

下面给出接口使用示例↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	extern char **environ;
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)//子进程
	{
		char* opts[] = {"top", NULL};
		execvp("top", opts);
		exit(2);
	}
	else//父进程
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

execvpe

int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

该接口第一个参数传入可执行文件，如果该可执行文件可以在PATH环境变量中找到，则不需要使用绝对路径，否则需要使用绝对路径；第二个参数需要以字符指针数组的形式传入命令行参数；第三个参数需要传入环境变量。

下面给出接口使用示例（给子进程传入自定义环境变量）↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	extern char **environ;
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)//子进程
	{
		char* opts[] = {"top", NULL};
		char* env[] = {"Jammingpro=666"};
		execvpe("./execle_test", opts, env);
		exit(2);
	}
	else//父进程
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

execve

int execve(const char *filename, char *const argv[],char *const envp[]);

该接口第一个参数需要传入可执行程序的绝对路径，第二个参数需要以指针数组的方式传入命令行参数，第三个参数需要传入环境变量。

下面给出该接口的使用方式↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	extern char **environ;
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)//子进程
	{
		char* opts[] = {"top", NULL};
		char* env[] = {"Jammingpro=666"};
		execve("./execle_test", opts, env);
		exit(2);
	}
	else//父进程
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

替换函数总结

上面总结上面介绍的各个替换函数↓↓↓

函数名 参数格式 PATH中可执行程序是否需要带绝对路径 是否使用当前环境变量
execl 列表 是 是
execlp 列表 不是 是
execle 列表 是 不是，需自己组装环境变量
execv 数组 是 是
execvp 数组 不是 是
execvpe 数组 不是 不是，需自己组装环境变量
execve 数组 是 不是，需自己组装环境变量

上面的exec系列函数中，如果带有p的，则第一个参数的可执行文件若存在于PATH环境变量中，则只需要填写可执行文件名；如果带有v的，则需要以字符指针数组的形式传入命令行参数；如果是带e的，则需要自己组装环境变量。

上面的各个接口统称为加载器，它们为即将替换进来的可执行程序加载入参数列表、环境变量等信息。下面我们使用execvpe接口给自定义可执行程序传入命令行参数及环境变量，该可执行程序将会把命令行参数及环境变量打印至显示器↓↓↓

printInfo.c

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]; char* env[])
{
	printf("传入%d个命令行参数，分别是:\n", argc);
	int i = 0;
	for(; argv[i]; i++)
	{
		printf("[%d]->%s\n", i, argv[i]);
	}
	printf("--------------------------------------\n");
	printf("环境变量分别是:\n");
	i = 0;
	for(; env[i]; i++)
	{
		printf("[%d]->%s\n", i, env[i]);
	}
	return 0;
}

execvpe2.c

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
	extern char **environ;
	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	else if(id == 0)//子进程
	{
		char* opts[] = {"printInfo", NULL};
		char* env[] = {"Jammingpro=666", "xiaoming=888"};
		execvpe("./printInfo", opts, env);
		exit(2);
	}
	else//父进程
	{
		int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
		if(WIFEXITED(status))
		{
			printf("Wait %d success! exitcode is %d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
		}
	}
	return 0;
}

上述各个接口中，只有execve是系统调用，其他均是对该系统调用接口的封装。这也就是为什么execve位于2号手册，而其他接口函数位于3号手册的原因。

实现简易Shell

我们来模拟实现一个Shell，这个Shell具有一些常用的简易功能。下面我们用一张图了解一下Linux中bash（Shell的一种）的执行过程↓↓↓

一个shell程序需要循环做的事如下：

1.获取命令行

2.解析命令行

3.创建子程序

4.替换子程序

5.父进程等待子进程退出

下面我们先来完成第一步获取命令行↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

#define LEFT "["
#define RIGHT "]"
#define LABLE "#"

#define COM_LEN 1024	//输入命令行长度
#define PWD_LEN 128		//当前路径长度

char command[COM_LEN];	//命令行缓冲区
char pwd[PWD_LEN];		//当前路径缓冲区

//获取用户名
const char* getUser()
{
  return getenv("USER");
}

//获取当前路径
const char* getPWD()
{
  getcwd(pwd, sizeof(pwd));
  return pwd;
}

//获取主机名
const char* getHostName()
{
  return getenv("HOSTNAME");
}

//输出提示信息&&获取用户输入
void getCommand()
{
  printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ", getHostName(), getUser(), getPWD());
  char* s = fgets(command, sizeof(command), stdin);
  assert(s != NULL);
  (void)s;
  
  s[strlen(command) - 1] = '\0';
  printf("%s\n", command);
}

int main()
{
  while(1)
  {
    getCommand();
  }
  return 0;
}

下面我们需要对获取的字符串进行切割↓↓↓

★ps：下面spliteString中使用了条件编译，当编译时带上-DDEBUG，就可以输出分隔的结果

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

#define LEFT "["
#define RIGHT "]"
#define LABLE "#"
#define SEP " \t"

#define COM_LEN 1024
#define ARG_LEN 64
#define PWD_LEN 128

char command[COM_LEN];
char *argv[ARG_LEN];
char pwd[PWD_LEN];
int argc = 0;

const char* getUser()
{
  return getenv("USER");
}

const char* getPWD()
{
  getcwd(pwd, sizeof(pwd));
  return pwd;
}

const char* getHostName()
{
  return getenv("HOSTNAME");
}

//输出提示信息&&获取用户输入
void getCommand()
{
  printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ", getHostName(), getUser(), getPWD());
  char* s = fgets(command, sizeof(command), stdin);
  assert(s != NULL);
  (void)s;
  
  s[strlen(command) - 1] = '\0';
}

//分隔字符串
void spliteString()
{
  argc = 0;
  argv[argc++] = strtok(command, SEP);
  while(argv[argc++] = strtok(NULL, SEP));
#ifdef DEBUG 
  int j = 0;
  for(;argv[j]; j++)
  {
    printf("[%d]->%s\n", j, argv[j]);
  }
#endif
}

int main()
{
  while(1)
  {
    getCommand();
    spliteString();
  }
  return 0;
}

使用normalExcute创建子进程，使用程序替换的方式，让子进程执行指定程序，如果子进程替换失败则返回EXIT_CODE。父进程等待子进程，并将子进程退出码保存在exitcode中。

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

#define LEFT "["
#define RIGHT "]"
#define LABLE "#"
#define SEP " \t"
#define EXIT_CODE 66

#define COM_LEN 1024
#define ARG_LEN 64
#define ENV_LEN 32
#define PWD_LEN 128

char command[COM_LEN];
char *argv[ARG_LEN];
char pwd[PWD_LEN];
int argc = 0;
int exitcode = 0;

const char* getUser()
{
  return getenv("USER");
}

const char* getPWD()
{
  getcwd(pwd, sizeof(pwd));
  return pwd;
}

const char* getHostName()
{
  return getenv("HOSTNAME");
}

//输出提示信息&&获取用户输入
void getCommand()
{
  printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ", getHostName(), getUser(), getPWD());
  char* s = fgets(command, sizeof(command), stdin);
  assert(s != NULL);
  (void)s;
  
  s[strlen(command) - 1] = '\0';
}

//分隔字符串
void spliteString()
{
  argc = 0;
  argv[argc++] = strtok(command, SEP);
  while(argv[argc++] = strtok(NULL, SEP));
#ifdef DEBUG 
  int j = 0;
  for(;argv[j]; j++)
  {
    printf("[%d]->%s\n", j, argv[j]);
  }
#endif
}

void normalExcute()
{
  pid_t id = fork();
  assert(id != -1);
  if(id == 0)
  {
    exitcode = 0;
    execvp(argv[0], argv);
    exit(EXIT_CODE);
  }
  else 
  {
    int status = 0;
    pid_t id = waitpid(id, &status, 0);
    exitcode = WEXITSTATUS(status);
  }
}

int main()
{
  while(1)
  {
    getCommand();
    spliteString();
    normalExcute();
  }
  return 0;
}

截至到这里，我们已经实现了能够执行大部分命令的Shell程序。但如果我们执行cd命令，当前路径却没有改变。这是为什么呢？

当子进程被创建后，由子进程执行cd命令，则修改环境变量PWD时，子进程会发生写时拷贝，保证父子进程的独立性。因而，子进程的PWD改变，不会影响父进程。像这样的命令需要使用内建命令的方式解决，即遇到这类命令时，不让子进程执行，而是由父进程自己执行对应的函数。下面通过设置buildExcute函数，不能交由子进程执行的命令进行了特殊处理↓↓↓

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

#define LEFT "["
#define RIGHT "]"
#define LABLE "#"
#define SEP " \t"
#define EXIT_CODE 66

#define COM_LEN 1024
#define ARG_LEN 64
#define ENV_LEN 32
#define PWD_LEN 128

char *env[ENV_LEN];
char command[COM_LEN];
char *argv[ARG_LEN];
char pwd[PWD_LEN];
int argc = 0;
int envNum = 0;
int exitcode = 0;

const char* getUser()
{
  return getenv("USER");
}

const char* getPWD()
{
  getcwd(pwd, sizeof(pwd));
  return pwd;
}

const char* getHostName()
{
  return getenv("HOSTNAME");
}

//输出提示信息&&获取用户输入
void getCommand()
{
  printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ", getHostName(), getUser(), getPWD());
  char* s = fgets(command, sizeof(command), stdin);
  assert(s != NULL);
  (void)s;
  
  s[strlen(command) - 1] = '\0';
}

//分隔字符串
void spliteString()
{
  argc = 0;
  argv[argc++] = strtok(command, SEP);
  while(argv[argc++] = strtok(NULL, SEP));
#ifdef DEBUG 
  int j = 0;
  for(;argv[j]; j++)
  {
    printf("[%d]->%s\n", j, argv[j]);
  }
#endif
}

void normalExcute()
{
  pid_t id = fork();
  assert(id != -1);
  if(id == 0)
  {
    exitcode = 0;
    execvp(argv[0], argv);
    exit(EXIT_CODE);
  }
  else 
  {
    int status = 0;
    pid_t id = waitpid(id, &status, 0);
    exitcode = WEXITSTATUS(status);
  }
}

int buildExcute()
{
  if(argc == 3 && strcmp(argv[0], "cd") == 0)
  {
    int ret = chdir(argv[1]);
    if(ret != -1) exitcode = 0;
    else exitcode = EXIT_CODE;
    return 1;
  }
  else if(argc == 3 && strcmp(argv[0], "export") == 0)
  {
  	env[envNum] = (char*)malloc(sizeof(argv[1]) + 1);
    strcpy(env[envNum], argv[1]);
    int ret = putenv(env[envNum++]);
    if(ret == 0) exitcode = 0;
    else exitcode = EXIT_CODE;
    return 1;
  }
  else if(argc == 3 && strcmp(argv[0], "echo") == 0)
  {
    if(strcmp(argv[1], "$?") == 0) printf("%d\n", exitcode);
    else printf("%s\n", argv[1]);
    return 1;
  }
  else if(strcmp(argv[0], "ls") == 0)
  {
    argv[argc - 1] = (char*)"--color=auto";
    argv[argc] = NULL;
  }
  return 0;
}

int main()
{
  while(1)
  {
    getCommand();
    spliteString();
    int ret = buildExcute();
    if(!ret) normalExcute();
  }
  return 0;
}

至此，能执行大部分命令的Shell程序就大功告成了。但该程序并没有所有内建命令做处理。

★ps：当我们登录Linux的时候，就要启动一个shell进程，该进程会从用户home目录的.bash_profile中获取环境变量，从而读入环境变量。从上面的自定义实现shell程序中可知，export导入环境变量仅在当前shell进程有效。如果需要设置永久性环境变量，需要修改系统的环境变量配置文件。

★ps：现象：程序替换成功后，exec系列函数后的代码不会被执行；若替换失败，则继续向下执行。这也解释了exec系列函数为什么只有失败返回值，而没有正确返回值。一旦正确，后序代码不会执行，该正确返回值也无法使用。

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