Linux：手搓shell

Au_ust2024-09-04 18:41

之前学了一些和进程有关的特性，什么进程控制啊进程替换啊，我们来尝试自己搓一个shell()吧

首先我们观察shell的界面，发现centos的界面上有命令提示符：

复制代码 
[主机名@用户名+当前路径]

我们可以通过调用系统函数获取当前路径，调用环境变量来获取我们的用户名、主机名

复制代码 
//打印命令提示行的函数，命令提示行包括用户名+主机名+当前工作目录
//此为获取用户名
 int checkChild();
 void Redirection();
 void checkRedir();
 int length(char* arr[]);
const char* getUser(){
  char* user=getenv("USER");
  if(user){
    return user;
  }else{
    return "None";
  }
}
//此为获取主机名
const char* getHost(){
  char* host=getenv("HOSTNAME");
  if(host){
    return host;
  }else{
    return "None";
  }
}
//此为获取当前路径
const char* getPwd(){
  static char cwd[SIZE];
  if(getcwd(cwd,sizeof(cwd))!=NULL){
    return cwd;
  }else{
    return "None";
  }
}

大概就长这样：

但是我发现了一个问题：写这个程序的时候我的Linux系统是centos,可以通过环境变量获取

但是我吧系统换成ubantu的时候，ubantu的环境变量设置里默认没有hostname这个环境变量

解决这个办法有两种：

1.在环境变量里添加我们的hostname，手动添加

2.通过C语言的gethostname函数来获取

我们这里用一下第二个吧：

复制代码 
const char* getUser(){

        static  char hostname[1024];
      if(gethostname(hostname,sizeof(hostname))==0){
              return hostname;
      }else{
              return "userNone";
      }

}

无语了。。。写错接口了

应该是这样：

复制代码 
const char* getUser(){
  char* user=getenv("USER");
  if(user){
  return user;
  }else{
  return "usernameNone";
  }

}
//此为获取主机名
const char* getHost(){
        static  char hostname[1024];
      if(gethostname(hostname,sizeof(hostname))==0){
              return hostname;
      }else{
              return "userNone";
      }
}
//此为获取当前路径
const char* getPwd(){
  static char cwd[SIZE];
  if(getcwd(cwd,sizeof(cwd))!=NULL){
    return cwd;
  }else{
    return "None";
  }
}

然后再加入一个整合上面三个函数的接口：

复制代码 
//这是整合上面三者的函数
void MakeCommandLine(){
  char line[SIZE];
  const char* username=getUser();
  const char* hostname=getHost();
  const char* cwd=getPwd();
  snprintf(line,sizeof(line), "[%s@%s %s]#", username, hostname, cwd);
 //snprintf是给定大小的更安全的向内存空间中写入的printf（写到缓冲区）
  printf("%s",line);
  fflush(stdout);
 //printf("[%s@%s %s]#",getUser(),getHost(),getPwd());
}

这个整合上面三个函数的接口中使用了snprintf(),平常我们打印字符串到显示器上使用的是printf(),根据我们之前学习的缓存区的概念，snprintf其实就是把数据输入到缓存区内,sprintf函数也可以，但ssnprintf函数更安全

然后再刷新输出

这样就可以正常显示了（我恨你ubantu)

命令提示符，就是提示我们输入命令。如何让我们自己写的shell获取我们输入的命令？

我们在输入指令时，指令是有选项和目标文件的，例如：ls的常用选项有ls -a， ls -l,我们发现命令本身和选项之间是有空格的，并且内核在拿到我们输入的指令时，需要先查找指令，再查找选项。两个重要的工作:获取字符串&打散我们的字符串

获取字符串：我们肯定知道不能用scanf,因为scanf不能读取空格，上面函数可以按照行获取输入的数据？

fgets()

如何打散我们的字符串：使用函数strtok()

合起来的效果就是：

getCommand()用来获取命令，其中的ZERO是一个宏定义，在用户输入\n的时候，要将\n当\0对待，使命令有效

commandSplit()来打散字符串，SEP也是一个宏定义，代表空格，意思是在in这个数据中，遇到空格就断开，下面被注释的一段是检验是否打散完成

我们获取完命令后，就要执行。我们之前学习了环境变量和进程替换的知识。我们不能输入的命令替代我们的这个shell的进程，不然就被覆盖了。所以我们要在这个shell里面写一个子进程，这个子进程来执行我们的命令

我们只需要把我们调用的子进程导入就好了

但是子进程除了调用我们本来有的命令，还可以使用我们Linux下的小特性：重定向

所以我们可以把重定向的功能也加进去：

复制代码 
//进程替换
int execute(){
  pid_t id=fork();//创建子进程
  if(id==0){
    int fd;
   printf("redir=%d\n",redir);
   printf("filename=%s",filename);
   if(redir==3){
       fd=open(filename,O_RDONLY);
       if(fd<0){
             perror("open output file");
             exit(EXIT_FAILURE);
         }
       dup2(fd,STDIN_FILENO);
       close(fd);
     }else if(redir==2){
       fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);
       if (fd < 0) {
             perror("open output file");
       dup2(fd,STDIN_FILENO);
       close(fd);
     }else if(redir==2){
       fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);
       if (fd < 0) {
             perror("open output file");
             exit(EXIT_FAILURE);
         }
       dup2(fd,STDOUT_FILENO);
       close(fd);
     }else if(redir==1){
       fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);
        if (fd < 0) {
             perror("open output file");
             exit(EXIT_FAILURE);
         }
       dup2(fd,STDOUT_FILENO);
       close(fd);
     }else{
       printf("son process dafult");
     }
     // printf("son process begining...");
      execvp(argv[0],argv);//替换进程
      exit(EXIT_FAILURE);//替换失败就会退出
  }else{
    int status=0;
    pid_t rid=waitpid(-1,&status,0);
    if(rid==id){//父进程在这里只需要等待子进程就好了
      printf("wait success\n");
      lastcode=WEXITSTATUS(status);
      printf("%d",lastcode);
      return 0;
    }
    }
return 0;
  }

其中有一个bug是我一直在改的,在执行echo 1234 > log.txt 的时候，是应该echo的基本命令：打印到显示器上，还是执行重定向，把结果输出在文件内呢？

所以其中的redir就是一个判定的标准，在执行命令的时候，先判定它是不是Echo。如果是Echo则子执行我们设定的Echo命令如果不是Echo，那么执行重定向。

复制代码 
void checkRedir(){
  //ls -a -l > log.txt
  //ls -a -l >> log.txt
  // char* filename=NULL;
  int len=strlen(userCommand);
  char* start=userCommand;
  char* end=userCommand+len-1;
  while(end>start){
    if((*end)=='>'){
      if(*(end-1)=='>'){
        *(end-1)='\0';
        filename=end+1;
        SkipSpace(filename);//如果有空格，就跳过
        redir=1;
        break;
      }else{
        *end='\0';
        filename=end+1;
        SkipSpace(filename);
        redir=2;
        break;
      }
    }else if(*end=='<'){
      *end='\0';
      filename=end+1;
      SkipSpace(filename);
      redir=3;
      break;
    }else{
      end--;
    }
  }
}

判断是不是echo:

复制代码 
//echo的内建命令
int echo(){
  if(strcmp(argv[0],"echo")==0){
    if(argv[1]==NULL){
      printf("\n");
      return 1;
    }
    if(*(argv[1])=='$'&&strlen(argv[1])>1){
      char *val=argv[1]+1;
      if(strcmp(val,"?")==0){
      printf("%d\n",lastcode);
      lastcode=0;
      }else{
        char* enval=getenv(val);
        if(enval){
          printf("%s\n",enval);
        }else{
          printf("\n");
         }
        }
      return 1;
       }
    if(redir!=0)return 0;
  }
  return 1;
}

除了Echo命令和重定向，我们还需要实现CD命令，也就是切换当前目录，并且在切换当前目录的同时改变我们命令提示符的当前路径选项：

复制代码 
//切换home路径
const char*Home(){
  const char* home=getenv("Home");
  if(home==NULL){
    return "/";
  }
  return home;
}

//改变路径的函数
void cd(){
  const char* path=argv[1];
  if(path==NULL){
    path=Home();//如果为空回到家目录
  }
  if(chdir(path)==0){
    setenv("PWD",getcwd(NULL,0),1);//setenv函数会修改进程的环境变量；修改后只有当前进程及其子进程能够看到这些变化
  }else{
    perror("cd faild");
  }
}

判断内建命令、环境变量里的命令的函数：

复制代码 
int checkChild(){
  int yes=0;
  const char* enter_cmd=argv[0];
  if(strcmp(enter_cmd,"cd")==0){
    yes=1;
    cd();
  }else{
    if(strcmp(enter_cmd,"echo")==0){
    if(redir==0){
     return echo();
    }
  }
 }
    return 0;
}

大概就是这样。。。

放一下源码：

复制代码 
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<errno.h>
#include<sys/wait.h>
#include<ctype.h>
#include<fcntl.h>//open函数的库，是POSIX的系统调用函数

#define SIZE 512
#define ZERO '\0'//剔除\n
#define SEP " "
#define NUM 32

char* filename;
int lastcode=0;
char* argv[SIZE];//被打散的命令存这里
char userCommand[SIZE];//输入的命令存这里       
//打印命令提示行的函数，命令提示行包括用户名+主机名+当前工作目录
//此为获取用户名
int redir=0;
#define SkipSpace(pos) do{while(isspace(*pos)) pos++; }while(0)//跳过空格的函数

 int checkChild();
 void Redirection();
 void checkRedir();
 int length(char* arr[]);

const char* getUser(){
  char* user=getenv("USER");
  if(user){
  return user;
  }else{
  return "usernameNone";
  }

}
//此为获取主机名
const char* getHost(){
        static  char hostname[1024];
      if(gethostname(hostname,sizeof(hostname))==0){
              return hostname;
      }else{
              return "userNone";
      }
}
//此为获取当前路径
const char* getPwd(){
  static char cwd[SIZE];
  if(getcwd(cwd,sizeof(cwd))!=NULL){
    return cwd;
  }else{
    return "None";
  }
}
//这是整合上面三者的函数
void MakeCommandLine(){
  char line[SIZE];
  const char* username=getUser();
  const char* hostname=getHost();
  const char* cwd=getPwd();
  snprintf(line,sizeof(line), "[%s@%s %s]#", username, hostname, cwd);
 //snprintf是给定大小的更安全的向内存空间中写入的printf（写到缓冲区）
  printf("%s",line);
  fflush(stdout);
 //printf("[%s@%s %s]#",getUser(),getHost(),getPwd());
}
//获取用户命令
int getCommand(char userCommand[],int n){
  char* s=fgets(userCommand,n,stdin);//使用fgets()函数获取命令
  if(s==NULL){                                  
  return -1;
  }
  userCommand[strlen(userCommand)-1]=ZERO;
  return strlen(userCommand);
}                         
//分散字符串
void commandSplit(char* in,char* out[]){//in是输入的字符串，out[]是打散的字符数组
  int argc=0;
  out[argc++]=strtok(in,SEP);//此处的SEP是宏定义，SEP是空格的意思
  while((out[argc++]=strtok(NULL,SEP))!=NULL);
  out[argc]=NULL;
#ifdef debug 
    int i=0;
    for(i=0;out[i];i++){
      printf("%s\n",out[i]);
    }
#endif
}
//进程替换
int execute(){
  pid_t id=fork();//创建子进程
  if(id==0){
    int fd; 
   printf("redir=%d\n",redir);
   printf("filename=%s",filename);
   if(redir==3){
       fd=open(filename,O_RDONLY);
       if(fd<0){
             perror("open output file");
             exit(EXIT_FAILURE);
         }
       dup2(fd,STDIN_FILENO);
       close(fd);
     }else if(redir==2){
       fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);
       if (fd < 0) {
             perror("open output file");
             exit(EXIT_FAILURE);
         }
       dup2(fd,STDOUT_FILENO);
       close(fd);
     }else if(redir==1){
       fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);
        if (fd < 0) {
             perror("open output file");
             exit(EXIT_FAILURE);
         }
       dup2(fd,STDOUT_FILENO);
       close(fd);
     }else{
       printf("son process dafult");
     }
     // printf("son process begining...");
      execvp(argv[0],argv);//替换进程
      exit(EXIT_FAILURE);//替换失败就会退出
  }else{
    int status=0;
    pid_t rid=waitpid(-1,&status,0);
    if(rid==id){//父进程在这里只需要等待子进程就好了
      printf("wait success\n");
      lastcode=WEXITSTATUS(status);
      printf("%d",lastcode);
      return 0;
    }   
    }
return 0;  
  }


//切换home路径
const char*Home(){
  const char* home=getenv("Home");
  if(home==NULL){
    return "/";
  }
  return home;
}

//改变路径的函数
void cd(){
  const char* path=argv[1];
  if(path==NULL){
    path=Home();//如果为空回到家目录
  }
  if(chdir(path)==0){
    setenv("PWD",getcwd(NULL,0),1);//setenv函数会修改进程的环境变量；修改后只有当前进程及其子进程能够看到这些变化
  }else{
    perror("cd faild");
  }
}
//echo的内建命令
int echo(){
  if(strcmp(argv[0],"echo")==0){
    if(argv[1]==NULL){
      printf("\n");
      return 1;
    }
    if(*(argv[1])=='$'&&strlen(argv[1])>1){
      char *val=argv[1]+1;
      if(strcmp(val,"?")==0){
      printf("%d\n",lastcode);
      lastcode=0;
      }else{
        char* enval=getenv(val);
        if(enval){
          printf("%s\n",enval);
        }else{
          printf("\n");
         } 
        }
      return 1;
       }
    if(redir!=0)return 0;
  }
  return 1;
}
void checkRedir(){
  //ls -a -l > log.txt
  //ls -a -l >> log.txt
  // char* filename=NULL;
  int len=strlen(userCommand);
  char* start=userCommand;
  char* end=userCommand+len-1;
  while(end>start){
    if((*end)=='>'){
      if(*(end-1)=='>'){
        *(end-1)='\0';
        filename=end+1;
        SkipSpace(filename);//如果有空格，就跳过
        redir=1;
        break;
      }else{
        *end='\0';
        filename=end+1;
        SkipSpace(filename);
        redir=2;
        break;
      }
    }else if(*end=='<'){
      *end='\0';
      filename=end+1;
      SkipSpace(filename);
      redir=3;
      break;
    }else{
      end--;
    }
  }
}


int checkChild(){
  int yes=0;
  const char* enter_cmd=argv[0];
  if(strcmp(enter_cmd,"cd")==0){
    yes=1;
    cd();
  }else{
    if(strcmp(enter_cmd,"echo")==0){
    if(redir==0){
     return echo();
    }
  }
 } 
    return 0;
}

int length(char* arr[]){
  int i=0;
  while(arr[i]!=NULL){
    i++;
  }
  return i;
    }

int main(){
  while(1){
  MakeCommandLine();
  getCommand(userCommand,sizeof(userCommand));
  redir=0;
  filename=NULL;
  checkRedir();
  commandSplit(userCommand,argv);
  if(checkChild())continue;
  execute();
  } 
  return 0;
}
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