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准备知识
shell原理
在Linux中，shell的工作原理主要涉及到用户与操作系统之间的交互。shell是用户与Linux内核进行通信的桥梁，它负责解释和执行用户输入的命令，并将这些命令转换为内核可以执行的操作。
具体来说，当用户在命令行界面（CLI）中输入一个命令时，shell会首先接收这个输入。然后，shell会对命令进行解析，识别出命令名、参数和选项等组成部分。这个过程包括检查命令是否是shell内部的命令，或者是否是一个外部的应用程序。
如果命令是内部的，shell会直接执行相应的操作。如果命令是外部的，shell会在搜索路径中查找这个应用程序的可执行文件。搜索路径是一个包含可执行程序目录的列表，shell会按照顺序在这些目录中查找命令对应的可执行文件。
一旦找到可执行文件，shell会将其加载到内存中，并创建一个新的进程来执行这个命令。这个进程会调用系统调用，与Linux内核进行交互，完成命令所指定的操作。
最后，shell会将命令执行的结果输出到命令行界面，供用户查看。这个结果可以是命令的输出信息，也可以是命令执行的状态码，用于表示命令是否成功执行。
shell与用户互动的过程
举个例子：
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。
根据这些思路，和我们前面的学的技术，就可以自己来实现一个shell了。
实现shell
0.用到的头文件和宏定义
cpp#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #define SIZE 512 #define ZERO '\0' #define SEP " " #define NUM 32 #define SkipPath(p) do{ p += (strlen(p)-1); while(*p != '/') p--; }while(0) char cwd[SIZE*2]; char *gArgv[NUM]; int lastcode = 0;这里补充一下，如果命令输入错入，要删除重新输入。删除：CTRL+删除键
退出自己写的shell：CTRL+c
1.首先我们需要自己输出一个命令行
light@VM-16-9-centos myshell\]$ 获取用户名 主机名 所处的工作目录 1.1获取用户名 * 使用 `getenv` 函数从环境变量 `USER` 中获取值，并将其存储在名为 `name` 的 `const char*` 类型的变量中。`getenv` 函数返回指向该环境变量值的指针，如果该环境变量不存在，则返回 `NULL`。 ```cpp const char *GetUserName() { const char *name = getenv("USER"); if(name == NULL) return "None"; return name; } ``` 1.2获取主机名 ```cpp const char *GetHostName() { const char *hostname = getenv("HOSTNAME"); if(hostname == NULL) return "None"; return hostname; } ``` 同样的，这里我们只需要从环境变量HOSTNAME中获取就行了。 1.3获取所处的工作目录 ```cpp const char *GetCwd() { const char *cwd = getenv("PWD"); if(cwd == NULL) return "None"; return cwd; } ``` 使用环境变量PWD获取的是绝对路径，但我们可以只截取当前目录的，这里为了和shell更好的区分就先不截取了。 1.4封装打印函数 封装打印函数我们要使用到snprintf函数： snprintf() 是一个 C 语言标准库函数，用于格式化输出字符串，并将结果写入到指定的缓冲区，与 sprintf() 不同的是，snprintf() 会限制输出的字符数，避免缓冲区溢出。安全性更高  ```cpp void MakeCommandLineAndPrint() { char line[SIZE]； const char *username = GetUserName(); const char *hostname = GetHostName(); const char *cwd = GetCwd(); snprintf(line, sizeof(line), "[%s@%s %s]> ", username, hostname,cwd); printf("%s", line); fflush(stdout); } ``` 我们将之前写的函数都封装在这个函数中，接收了两个参数，一个字符数组 `line` 和一个 `size_t` 类型的 `size`。字符数组 `line` 用于存储构建的命令行提示符。模仿shell的输出我们的命令行。调用 `fflush` 函数清空标准输出缓冲区，确保提示符字符串被立即打印到屏幕上，而不是被缓存在内部缓冲区中。 **效果演示：**  *** ** * ** *** ### 2.获取用户命令行字符 ```cpp int GetUserCommand(char command[], size_t n) { char *s = fgets(command, n, stdin); if(s == NULL) return -1; command[strlen(command)-1] = ZERO; return strlen(command); } ``` 函数的目的是从标准输入（stdin）读取用户输入的命令，并将其存储在传入的字符数组 `command` 中。函数返回读取到的命令的长度，或者在发生错误时返回 `-1`。 * 使用 `fgets` 函数从标准输入（stdin）读取最多 `n-1` 个字符（保留一个位置给字符串结束符 '\\0'）并存储在 `command` 数组中。`fgets` 函数返回指向 `command` 的指针，并将其赋值给 `s`。 * `command[strlen(command)-1] = ZERO;` 这一行尝试将 `command` 数组中的最后一个字符（通常是换行符 '\\n'）替换为 `ZERO`。使用 `'\0'` 来替换换行符，因为我们我们使用fgets函数读取完字符串最后回车，换行符会被读取到。 **效果演示：**   *** ** * ** *** ### **3.命令行字符串分割** 期望"ls -a -l -n" ----\>"ls" "-a" "-l" "-n" 并把它们放在命令行参数表中。 这里我们要是用一个函数strtok： `strtok` 是 C 语言中的一个标准库函数，用于分解字符串。它基于指定的分隔符集合来分割字符串，并返回指向下一个标记的指针。这个函数在处理文本文件或字符串时非常有用，特别是当你需要按照特定的分隔符（如逗号、空格等）来分割字符串时。  ```cpp #define NUM 32 char *gArgv[NUM]; void SplitCommand(char command[], size_t n) { // "ls -a -l -n" -> "ls" "-a" "-l" "-n" gArgv[0] = strtok(command, SEP); int index = 1; while((gArgv[index++] = strtok(NULL, SEP))); } ``` done, 故意写成=,表示先赋值，在判断. 分割之后，strtok会返回NULL，刚好让gArgv最后一个元素是NULL, 并且while判断结束。char \*gArgv\[NUM\];表示命令行参数表，这个是二维数组。 这里就不做演示，命令行参数被分割好后，会被依次放在命令行参数表中。 *** ** * ** *** ### 4.执行命令 执行命令这里我们就要用到替换函数了，我们有命令行参数表（数组），我们直接使用execvp函数就行了 **int execvp(const char \*file, char \*const argv\[\]);** p：用户可以不传要执行的文件路径（但是要穿文件名），查找这个程序，系统会自动在环境变量PATH中进行查找。 ```cpp int lastcode = 0; void Die() { exit(1); } void ExecuteCommand() { pid_t id = fork(); if (id < 0) Die(); else if (id == 0) { // child execvp(gArgv[0], gArgv); exit(errno); } else { // fahter int status = 0; pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); if (rid > 0) { lastcode = WEXITSTATUS(status); if (lastcode != 0) printf("%s:%s:%d\n", gArgv[0], strerror(lastcode), lastcode); } } } ``` 使用 `fork()` 函数创建一个新的子进程。`fork()` 返回两次：在父进程中返回子进程的PID，在子进程中返回0。如果创建失败直接杀掉。 **子进程执行命令** ：如果 `fork()` 返回0，说明当前代码在子进程中执行。子进程调用 `execvp(gArgv[0], gArgv)` 来执行 `gArgv` 数组指定的命令。`execvp` 会用新的程序替换当前进程的映像，如果成功则不会返回；如果失败则返回-1，子进程会执行 `exit(errno)` 来退出，其中 `errno` 包含了出错信息。 **父进程等待子进程** ：如果 `fork()` 返回的值大于0，说明当前代码在父进程中执行。父进程调用 `waitpid(id, &status, 0)` 来等待子进程结束。`waitpid` 会阻塞父进程，直到子进程结束或发生错误 **处理子进程退出状态** ：如果 `waitpid` 成功返回（即 `rid > 0`），父进程会检查子进程的退出状态。`WEXITSTATUS(status)` 宏用于从 `status` 中提取子进程的退出状态码。如果退出状态码不是0（通常表示子进程正常结束），则打印出命令名、对应的错误描述和退出状态码。 **效果演示：**  *** ** * ** *** ### 5.设置循环 为了能多次的执行命令， 我们需要设置循环  *** ** * ** *** ### 6.检测内建命令 **1.无法进行目录的回退（内建命令）**  这是因为我们是使用子进程执行的，但是这个进程是属于父进程的，子进程执行完就结束了与父进程是无关的。**像cd这种命令应该是让父进程执行的，而不是让子进程来执行。这种需要父进程执行的命令，叫做内建命令** **因此我们在执行命令的时候，需要检测是不是内建命令** 使用 `chdir` 函数来改变当前工作目录到目标路径。  ```cpp const char* GetHome() { const char* home = getenv("HOME"); if (home == NULL) return "/"; return home; } void Cd() { const char* path = gArgv[1]; if (path == NULL) path = GetHome(); // path 一定存在 chdir(path); // 刷新环境变量 char temp[SIZE * 2]; getcwd(temp, sizeof(temp)); snprintf(cwd, sizeof(cwd), "PWD=%s", temp); putenv(cwd); // OK } int CheckBuildin() { int yes = 0; const char* enter_cmd = gArgv[0]; if (strcmp(enter_cmd, "cd") == 0) { yes = 1; Cd(); } else if (strcmp(enter_cmd, "echo") == 0 && strcmp(gArgv[1], "$?") == 0) { yes = 1; printf("%d\n", lastcode); lastcode = 0; } return yes; } ``` **`GetHome` 函数** 这个函数试图获取当前用户的主目录路径。它使用 `getenv` 函数来检索环境变量 `"HOME"` 的值，该环境变量通常包含了用户的主目录路径。如果 `getenv` 返回 `NULL`（即没有找到 `"HOME"` 环境变量），则函数返回 `"/"`，这通常代表根目录。 **`Cd` 函数** 这个函数实现了 `cd` 命令的功能，即改变当前工作目录。 1. 它首先获取 `gArgv[1]` 作为目标路径。`gArgv` 应该是一个全局数组，包含了命令行参数。 2. 如果 `gArgv[1]` 为 `NULL`（即没有提供路径参数），则调用 `GetHome` 函数来获取用户的主目录，并将其作为目标路径。 3. 使用 `chdir` 函数来改变当前工作目录到目标路径。 4. 然后，它获取当前工作目录的路径，并构建一个字符串 `"PWD=<当前工作目录>"`，其中 `PWD` 是一个常见的环境变量，用于存储当前工作目录的路径。 5. 最后，使用 `putenv` 函数将构建的字符串添加到环境变量中，从而"刷新"环境变量。 **`CheckBuildin` 函数** 这个函数检查 `gArgv[0]`（通常是命令名）是否是内置命令，并执行相应的操作。 1. 它首先初始化一个变量 `yes` 为 `0`，用于标记是否找到了内置命令。 2. 如果 `gArgv[0]` 是 `"cd"`，则 `yes` 被设置为 `1`，并调用 `Cd` 函数来执行 `cd` 命令。 3. 如果 `gArgv[0]` 是 `"echo"` 并且 `gArgv[1]` 是 `"$?"`，则 `yes` 也被设置为 `1`，并打印出 `lastcode` 的值（它是一个全局变量，用于存储上一个命令的退出状态码）。之后，将 `lastcode` 重置为 `0`。 4. 函数最后返回 `yes` 的值，如果找到了内置命令并成功执行，则返回 `1`，否则返回 `0`。 **效果演示:** 如果是内建命令，则跳过下面的执行命令，进入下一次循环   *** ** * ** *** ### 7.完善细节--获取工作目录而非路径 这里我们改写了一下打印。 ```cpp #define SkipPath(p) do{ p += (strlen(p)-1); while(*p != '/') p--; }while(0) void MakeCommandLineAndPrint() { char line[SIZE]; const char* username = GetUserName(); const char* hostname = GetHostName(); const char* cwd = GetCwd(); SkipPath(cwd); snprintf(line, sizeof(line), "[%s@%s %s]> ", username, hostname, strlen(cwd) == 1 ? "/" : cwd + 1); printf("%s", line); fflush(stdout); } ``` 这个宏接受一个指向字符的指针 `p`，该指针指向一个字符串，这个字符串应该是一个文件路径。宏的作用是将 `p` 移动到该路径中最后一个斜杠 `'/'` 的位置。 使用 `snprintf` 函数构建命令行提示符。格式是 `"[用户名@主机名 当前工作目录]> "`。这里还做了一个小处理：如果 `cwd` 的长度是1（即只有斜杠 `'/'`），则打印根目录 `"/"`；否则，打印从最后一个斜杠后面的部分开始的工作目录。 **效果演示：**  
完整代码
cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#define SIZE 512
#define ZERO '\0'
#define SEP " "
#define NUM 32
#define SkipPath(p) do{ p += (strlen(p)-1); while(*p != '/') p--; }while(0)
char cwd[SIZE*2];
char *gArgv[NUM];
int lastcode = 0;
void Die()
{
exit(1);
}
const char *GetHome()
{
const char *home = getenv("HOME");
if(home == NULL) return "/";
return home;
}
const char *GetUserName()
{
const char *name = getenv("USER");
if(name == NULL) return "None";
return name;
}
const char *GetHostName()
{
const char *hostname = getenv("HOSTNAME");
if(hostname == NULL) return "None";
return hostname;
}
// 临时
const char *GetCwd()
{
const char *cwd = getenv("PWD");
if(cwd == NULL) return "None";
return cwd;
}
// commandline : output
void MakeCommandLineAndPrint()
{
char line[SIZE];
const char *username = GetUserName();
const char *hostname = GetHostName();
const char *cwd = GetCwd();
SkipPath(cwd);
snprintf(line, sizeof(line), "[%s@%s %s]> ", username, hostname, strlen(cwd) == 1 ? "/" : cwd+1);
printf("%s", line);
fflush(stdout);
}
int GetUserCommand(char command[], size_t n)
{
char *s = fgets(command, n, stdin);
if(s == NULL) return -1;
command[strlen(command)-1] = ZERO;
return strlen(command);
}
void SplitCommand(char command[], size_t n)
{
(void)n;
// "ls -a -l -n" -> "ls" "-a" "-l" "-n"
gArgv[0] = strtok(command, SEP);
int index = 1;
while((gArgv[index++] = strtok(NULL, SEP)));
}
void ExecuteCommand()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0) Die();
else if(id == 0)
{
// child
execvp(gArgv[0], gArgv);
exit(errno);
}
else
{
// fahter
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
lastcode = WEXITSTATUS(status);
if(lastcode != 0) printf("%s:%s:%d\n", gArgv[0], strerror(lastcode), lastcode);
}
}
}
void Cd()
{
const char *path = gArgv[1];
if(path == NULL) path = GetHome();
// path 一定存在
chdir(path);
// 刷新环境变量
char temp[SIZE*2];
getcwd(temp, sizeof(temp));
snprintf(cwd, sizeof(cwd), "PWD=%s", temp);
putenv(cwd); // OK
}
int CheckBuildin()
{
int yes = 0;
const char *enter_cmd = gArgv[0];
if(strcmp(enter_cmd, "cd") == 0)
{
yes = 1;
Cd();
}
else if(strcmp(enter_cmd, "echo") == 0 && strcmp(gArgv[1], "$?") == 0)
{
yes = 1;
printf("%d\n", lastcode);
lastcode = 0;
}
return yes;
}
int main()
{
int quit = 0;
while(!quit)
{
// 1. 我们需要自己输出一个命令行
MakeCommandLineAndPrint();
// 2. 获取用户命令字符串
char usercommand[SIZE];
int n = GetUserCommand(usercommand, sizeof(usercommand));
if(n <= 0) return 1;
// 3. 命令行字符串分割.
SplitCommand(usercommand, sizeof(usercommand));
// 4. 检测命令是否是内建命令
n = CheckBuildin();
if(n) continue;
// 5. 执行命令
ExecuteCommand();
}
return 0;
}