应用--Minishell实现

支持后台运行的Minishell实现

一、具体代码

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    char cmd[100];
    char *args[10];
    
    // 回收已经退出的子进程（非阻塞）
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0) {
        // 自动回收僵尸进程
    }
    
    while (1) {
        printf("> ");
        fflush(stdout);
        
        if (fgets(cmd, sizeof(cmd), stdin) == NULL) break;
        
        // 解析命令
        int i = 0;
        args[i] = strtok(cmd, " \t\n");
        while (args[i]) args[++i] = strtok(NULL, " \t\n");
        
        if (!args[0]) continue;
        
        if (strcmp(args[0], "quit") == 0) break;
        
        else if (strcmp(args[0], "cd") == 0) {
            if (args[1]) {
                if (chdir(args[1]) != 0) perror("cd");
            }
        }
        
        else {
            pid_t pid = fork();
            
            if (pid == 0) {
                // 子进程
                execvp(args[0], args);
                perror(args[0]);
                exit(1);
            } 
            else if (pid > 0) {
                // 父进程
                // 这里可以立即进行非阻塞回收
                int status;
                pid_t ret = waitpid(pid, &status, WNOHANG);
                
                if (ret == 0) {
                    printf("命令 %s 正在后台运行 (PID: %d)\n", args[0], pid);
                } 
                else if (ret == pid) {
                    if (WIFEXITED(status)) {
                        printf("命令执行完成，退出码: %d\n", WEXITSTATUS(status));
                    }
                }
            }
        }
    }
    
    // 等待所有子进程结束
    while (waitpid(-1, NULL, 0) > 0);
    
    return 0;
}

主要特点：

支持前台命令（阻塞等待）
支持后台命令（非阻塞执行）
自动回收僵尸进程
实现了基本的shell功能

二、逐行代码解释

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    char cmd[100];          // 存储用户输入的命令
    char *args[10];         // 存储解析后的参数
    
    // 回收已经退出的子进程（非阻塞）
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0) {
        // 自动回收僵尸进程
    }

1. 启动时清理僵尸进程

waitpid(-1, NULL, WNOHANG)：非阻塞回收所有子进程
> 0：有子进程被回收
循环直到没有僵尸进程

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    while (1) {
        printf("> ");
        fflush(stdout);  // 立即刷新输出缓冲区
        
        // 读取用户输入
        if (fgets(cmd, sizeof(cmd), stdin) == NULL) break;

2. 显示提示符和读取命令

fgets()：安全读取一行输入
如果返回NULL（如按Ctrl+D），则退出循环

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        // 解析命令
        int i = 0;
        args[i] = strtok(cmd, " \t\n");  // 第一次调用
        while (args[i]) args[++i] = strtok(NULL, " \t\n");  // 后续调用
        
        if (!args[0]) continue;  // 空行，继续循环

3. 命令解析

strtok()：按空格、制表符、换行符分割字符串
结果存储在args数组中
args[0]是命令名，后续是参数

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        if (strcmp(args[0], "quit") == 0) break;
        
        else if (strcmp(args[0], "cd") == 0) {
            if (args[1]) {
                if (chdir(args[1]) != 0) perror("cd");
            }
        }

4. 内置命令处理

quit：直接退出循环
cd ：使用chdir()改变当前工作目录
perror("cd")：如果chdir()失败，显示错误信息

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        else {
            pid_t pid = fork();  // 创建子进程
            
            if (pid == 0) {
                // 子进程
                execvp(args[0], args);  // 执行命令
                perror(args[0]);        // 如果execvp失败
                exit(1);                // 子进程异常退出
            } 
            else if (pid > 0) {
                // 父进程 - 关键：非阻塞回收
                int status;
                pid_t ret = waitpid(pid, &status, WNOHANG);

5. 执行外部命令

fork()：创建子进程
子进程：execvp()执行命令
父进程：waitpid(pid, &status, WNOHANG) 非阻塞检查子进程状态

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                if (ret == 0) {
                    printf("命令 %s 正在后台运行 (PID: %d)\n", args[0], pid);
                } 
                else if (ret == pid) {
                    if (WIFEXITED(status)) {
                        printf("命令执行完成，退出码: %d\n", WEXITSTATUS(status));
                    }
                }
            }
        }
    }

6. 非阻塞回收的状态判断

ret == 0：子进程还在运行，转为后台运行
ret == pid：子进程已结束，立即回收
WIFEXITED(status)：检查是否正常退出
WEXITSTATUS(status)：获取退出码

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    // 等待所有子进程结束
    while (waitpid(-1, NULL, 0) > 0);
    
    return 0;
}

7. 程序退出前清理

阻塞等待所有子进程结束
防止留下僵尸进程

三、关键知识点整理

1. 非阻塞回收的三种情况

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pid_t ret = waitpid(pid, &status, WNOHANG);

// 情况1: ret > 0 (子进程已结束)
if (ret == pid) {
    // 子进程已结束，可以获取状态
}

// 情况2: ret == 0 (子进程仍在运行)
if (ret == 0) {
    // 子进程还在运行，可以做其他事情
}

// 情况3: ret == -1 (错误或没有子进程)
if (ret == -1) {
    // 处理错误
}

2. 后台运行与前台运行的区别

特性	前台命令	后台命令
wait方式	阻塞等待	非阻塞检查
用户交互	需要等待完成	立即返回提示符
示例	`ls`	`sleep 10 &`（这里没有&符号但效果类似）
输出	直接显示	可能和用户输入交错

3. 僵尸进程处理策略

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// 策略1: 启动时清理（代码开头）
while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);

// 策略2: 命令执行后立即非阻塞回收
waitpid(pid, &status, WNOHANG);

// 策略3: 退出前阻塞清理（代码结尾）
while (waitpid(-1, NULL, 0) > 0);

4. 这个实现的限制

没有真正的后台符号&：
1. 所有命令都尝试非阻塞回收
2. 如果命令执行很快（如ls），可能立即完成
3. 如果命令执行慢（如sleep 5），才显示"后台运行"
输出可能混乱：
1. 后台命令的输出可能与用户输入交错
2. 没有进行输出重定向
不支持管道和重定向

5. 改进建议

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// 添加后台运行符号&支持
if (args[i-1] && strcmp(args[i-1], "&") == 0) {
    args[i-1] = NULL;  // 移除&符号
    // 使用非阻塞回收
    waitpid(pid, &status, WNOHANG);
} else {
    // 前台命令，阻塞等待
    waitpid(pid, &status, 0);
}

// 添加信号处理避免僵尸进程
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);  // 忽略SIGCHLD，系统自动回收

四、测试示例

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# 编译运行
$ gcc -o minishell minishell.c
$ ./minishell

# 测试场景1: 快速命令（可能立即完成）
> ls
file1.txt file2.txt
命令执行完成，退出码: 0

# 测试场景2: 慢速命令（转为后台）
> sleep 5
命令 sleep 正在后台运行 (PID: 12345)
> # 立即显示新提示符，可以继续输入命令

# 测试场景3: 内置命令
> cd /tmp
> pwd
/tmp

五、学习要点

非阻塞回收的应用场景：实现后台任务、避免程序阻塞
waitpid的灵活使用：通过选项控制等待行为
僵尸进程的预防：多种回收策略结合
Shell的基本架构：读-解析-执行循环