【应用篇】09.实现浅显的Shell命令行解释器
一、shell和bash的关系shell是命令解释器，它接收用户的命令并将其传递给内核去实行。bash,即GNU Bourne-Again Shell，是shell的一种实现方式，也是大多数linux体系下默认的shell。
bash的原理
大多数的指令进程（除了内建命令）都是bash的子进程。当我们要实行一条类似ls -a指令时，bash会提前fork出一个子进程，然后让子进程去实行指令。
我们可以画出bash进程实行指令的过程图来帮助明白：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/53c555a4cc1949769517cbbf52d4c1d3.png
二、分析及其实现
在上图中，bash几乎一直在循环做以下操作：
1.获取指令
2.剖析命令行
3.fork创建子进程
4.命令程序更换子进程
5.等待子进程终止
…
1.1 框架构建
void my_shell()
{
while(true)
{
// 1. 命令行提示符
PrintCommandLine();
// 2. 获取用户命令
if( !GetCommandLine(command_buffer, basesize) )
{
continue;
}
// 3. 分析命令
ParseCommandLine(command_buffer, strlen(command_buffer));
// 4. 执行命令
ExecuteCommand();
}
}
1.2 打印命令行
我们使用环境变量来获取所需要的主机名，用户名，当前路径等。
string GetUserName()
{
string name = getenv("USER");
return name.empty() ? "None" : name;
}
string GetHostName()
{
string hostname = getenv("HOSTNAME");
return hostname.empty() ? "None" : hostname;
}
string GetPwd()
{
if(nullptr == getcwd(pwd, sizeof(pwd))) return "None";
snprintf(pwdenv, sizeof(pwdenv),"PWD=%s", pwd);
return pwd;
}
string LastDir()
{
string curr = GetPwd();
if(curr == "/" || curr == "None") return curr;
size_t pos = curr.rfind("/");
if(pos == std::string::npos) return curr;
return curr.substr(pos+1);
}
string MakeCommandLine()
{
char command_line;
snprintf(command_line, basesize, "[%s@%s %s]# ",GetUserName().c_str(), GetHostName().c_str(), LastDir().c_str());
return command_line;
}
void PrintCommandLine()
{
printf("%s", MakeCommandLine().c_str());
fflush(stdout);
}
1.3 获取命令行输入
通过fgets获取用户的输入，但是需要去撤除’\n’。
bool GetCommandLine(char command_buffer[], int size)
{
char *result = fgets(command_buffer, size, stdin);
if(!result)
{
return false;
}
//去除\n
command_buffer = 0;
if(strlen(command_buffer) == 0) return false;
return true;
}
1.4 分析命令
将输入的指令打散成指针数组，使用gargc计数，gargv进行存储。使用C语言中的strtok进行切割。
void ParseCommandLine(char command_buffer[], int len)
{
(void)len;
memset(gargv, 0, sizeof(gargv));
gargc = 0;
const char *sep = " ";
gargv = strtok(command_buffer, sep);
// =是刻意写的
while((bool)(gargv = strtok(nullptr, sep)));
gargc--;
}
1.5 实行命令
让子进程调用exec系列接口去实行命令。
bool ExecuteCommand() // 4. 执行命令
{
// 让子进程进行执行
pid_t id = fork();
if(id < 0) return false;
if(id == 0)
{
//子进程
// 1. 执行命令
execvpe(gargv, gargv, genv);
// 2. 退出
exit(0);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
if(WIFEXITED(status))
{
lastcode = WEXITSTATUS(status);
}
else
{
lastcode = 100;
}
return true;
}
return false;
}
1.6 实行内建命令
有些指令是必须要由父进程实行的，这些命令就是内建命令，如cd等。
bool CheckAndExecBuiltCommand()
{
if(strcmp(gargv, "cd") == 0)
{
// 内建命令
if(gargc == 2)
{
chdir(gargv);
return true;
}
}
else if(strcmp(gargv, "export") == 0)
{
// export也是内建命令
if(gargc == 2)
{
AddEnv(gargv);
return true;
}
}
else if(strcmp(gargv, "env") == 0)
{
for(int i = 0; genv; i++)
{
printf("%s\n", genv);
}
return true;
}
else if(strcmp(gargv, "echo") == 0)
{
if(gargc == 2)
{
// echo $?
// echo $PATH
// echo hello
if(gargv == '$')
{
if(gargv == '?')
{
printf("%d\n", lastcode);
}
}
else
{
printf("%s\n", gargv);
}
return true;
}
}
return false;
}
二、源码
下面的代码是可以实行的完整实现了绝大部分功能的shell，添加了环境变量的导入与错误码的规定。
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
const int basesize = 1024;
const int argvnum = 64;
const int envnum = 64;
// 全局的命令行参数表
char *gargv;
int gargc = 0;
// 全局的变量
int lastcode = 0;
// 我的系统的环境变量
char *genv;
// 全局的当前shell工作路径
char pwd;
char pwdenv;
string GetUserName()
{
string name = getenv("USER");
return name.empty() ? "None" : name;
}
string GetHostName()
{
string hostname = getenv("HOSTNAME");
return hostname.empty() ? "None" : hostname;
}
string GetPwd()
{
if(nullptr == getcwd(pwd, sizeof(pwd))) return "None";
snprintf(pwdenv, sizeof(pwdenv),"PWD=%s", pwd);
putenv(pwdenv);
return pwd;
}
string LastDir()
{
string curr = GetPwd();
if(curr == "/" || curr == "None") return curr;
size_t pos = curr.rfind("/");
if(pos == std::string::npos) return curr;
return curr.substr(pos+1);
}
string MakeCommandLine()
{
char command_line;
snprintf(command_line, basesize, "[%s@%s %s]# ",GetUserName().c_str(), GetHostName().c_str(), LastDir().c_str());
return command_line;
}
void PrintCommandLine()
{
printf("%s", MakeCommandLine().c_str());
fflush(stdout);
}
bool GetCommandLine(char command_buffer[], int size)
{
char *result = fgets(command_buffer, size, stdin);
if(!result)
{
return false;
}
command_buffer = 0;
if(strlen(command_buffer) == 0) return false;
return true;
}
void ParseCommandLine(char command_buffer[], int len)
{
(void)len;
memset(gargv, 0, sizeof(gargv));
gargc = 0;
const char *sep = " ";
gargv = strtok(command_buffer, sep);
while((bool)(gargv = strtok(nullptr, sep)));
gargc--;
}
void debug()
{
printf("argc: %d\n", gargc);
for(int i = 0; gargv; i++)
{
printf("argv[%d]: %s\n", i, gargv);
}
}
bool ExecuteCommand()
{
// 让子进程进行执行
pid_t id = fork();
if(id < 0) return false;
if(id == 0)
{
//子进程
// 1. 执行命令
execvpe(gargv, gargv, genv);
// 2. 退出
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0)
{
if(WIFEXITED(status))
{
lastcode = WEXITSTATUS(status);
}
else
{
lastcode = 100;
}
return true;
}
return false;
}
void AddEnv(const char *item)
{
int index = 0;
while(genv)
{
index++;
}
genv = (char*)malloc(strlen(item)+1);
strncpy(genv, item, strlen(item)+1);
genv[++index] = nullptr;
}
// shell自己执行命令，本质是shell调用自己的函数
bool CheckAndExecBuiltCommand()
{
if(strcmp(gargv, "cd") == 0)
{
// 内建命令
if(gargc == 2)
{
chdir(gargv);
lastcode = 0;
}
else
{
lastcode = 1;
}
return true;
}
else if(strcmp(gargv, "export") == 0)
{
// export也是内建命令
if(gargc == 2)
{
AddEnv(gargv);
lastcode = 0;
}
else
{
lastcode = 2;
}
return true;
}
else if(strcmp(gargv, "env") == 0)
{
for(int i = 0; genv; i++)
{
printf("%s\n", genv);
}
lastcode = 0;
return true;
}
else if(strcmp(gargv, "echo") == 0)
{
if(gargc == 2)
{
// echo $?
// echo $PATH
// echo hello
if(gargv == '$')
{
if(gargv == '?')
{
printf("%d\n", lastcode);
lastcode = 0;
}
}
else
{
printf("%s\n", gargv);
lastcode = 0;
}
}
else
{
lastcode = 3;
}
return true;
}
return false;
}
// 作为一个shell，获取环境变量应该从系统的配置来
// 我们今天就直接从父shell中获取环境变量
void InitEnv()
{
extern char **environ;
int index = 0;
while(environ)
{
genv = (char*)malloc(strlen(environ)+1);
strncpy(genv, environ, strlen(environ)+1);
index++;
}
genv = nullptr;
}
int main()
{
InitEnv();
char command_buffer;
while(true)
{
PrintCommandLine(); // 1. 命令行提示符
if( !GetCommandLine(command_buffer, basesize) ) // 2. 获取用户命令
{
continue;
}
ParseCommandLine(command_buffer, strlen(command_buffer)); // 3. 分析命令
if ( CheckAndExecBuiltCommand() )
{
continue;
}
ExecuteCommand(); // 4. 执行命令
}
return 0;
}
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