[Linux]编写一个极简版的shell(版本1)

[Linux]编写一个极简版的shell-version1

本文能够帮助Linux系统学习者通过代码的角度更好地理解命令行解释器的实现原理。

命令行提示符打印

Linux操作系统运行时，就需要shell进程进行命令行解释，然后让系统完成对应的命令，因此打印命令行提示符时要采用死循环打印的方式，具体的代码逻辑如下：

int main()
{
  while(1)
  {
    printf("[%s@%s %s]$$ ", getenv("USER"), getenv("HOSTNAME"), getpath(getenv("PWD")));
    fflush(stdout);
    //sleep(200); -- 当前阶段用于演示效果
  }
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• 为了和系统的shell进行区分因此打印两个$符号
• 命令行提示符打印的信息都是通过环境变量得来的，因此只需要调用系统接口获取相应的环境变量即可
  • USER环境变量 – 当前使用的用户名
  • HOSTNAME环境变量 – 当前的主机名称
  • PWD环境变量 – 当前用户所处绝对路径
• 由于显示器采用的是行缓冲的策略，因此需要手动刷新缓冲区才能让命令行提示符显式到屏幕上

由于环境变量PWD是当前用户所处的绝对路径，因此需要编写一个函数getpath来获取当前所处的目录名称，具体的代码逻辑如下：

const char* getpath(char* path)
{
  int length = strlen(path);
  if(length == 1) return "/"; //根目录
  int i = length - 1;
  while((path[i] != '/')) i--;
  return path+i+1;
}
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• 如果绝对路径的字符串长度为1，表示所处为根目录，返回"/"
• 其余路径下都要将绝对路径里当前目录前的所有路径分割掉，包括路径分隔符，譬如当前记录绝对路径环境变量为PWD=/home/qxm/linux-warehouse/review/mybash/version1，getpath的返回值为verson1字符串的首地址

效果演示：

接收命令行参数

接受命令行参数只需要设置一个字符串数组，将用户的输入接收即可，具体的代码逻辑如下：

#define MAX 1024

int main()
{
  while(1)
  {
	char commandstr[MAX] = { 0 }; //接收命令行参数
    printf("[%s@%s %s]$$ ", getenv("USER"), getenv("HOSTNAME"), getpath(getenv("PWD")));
    fflush(stdout);
    char* s = fgets(commandstr, sizeof(commandstr), stdin);
    commandstr[strlen(commandstr) - 1] = '\0'; //去除输入时末尾的'\n'
    //printf("%s\n", commandstr); -- 当前阶段用于演示效果
  }
  return 0;
}
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• 由于用户输入时会按下回车也就是会在输入时在末尾出现一个'\n',命令行参数使用时需要将其去除掉，譬如用户输入ls -a -l\n,命令行参数只需要ls -a -l

效果演示：

将命令行参数进行解释

获取用户输入的命令行参数后，需要将命令行参数根据输入的空格将字符串分割为多个字串，譬如用户输入ls -a -l,要分割为ls, -a, -l,具体的代码逻辑如下：

#define MAX 1024
#define ARGC 64
#define SEP " "

int split(char commandstr[], char* argv[])//命令行参数解释
{
  argv[0] = strtok(commandstr, SEP);
  if (argv[0] == NULL) return -1; //字符串为空
  int i = 1;
    while(1)
    {
        argv[i] = strtok(NULL, SEP);
        if(argv[i] == NULL) break;
        i++;
    }
  return 0;
}

void debugPrint(char* argv[])//--当前阶段用于演示效果
{
  int i = 0;
  for (i = 0; argv[i] != NULL; i++)
  {
    printf("%s\n", argv[i]);
  }
}

int main()
{
  while(1)
  {
    char commandstr[MAX] = { 0 }; //接收命令行参数
    char* argv[ARGC] = { NULL }; //存储命令行参数
    printf("[%s@%s %s]$$ ", getenv("USER"), getenv("HOSTNAME"), getpath(getenv("PWD")));
    fflush(stdout);
    char* s = fgets(commandstr, sizeof(commandstr), stdin);
    commandstr[strlen(commandstr) - 1] = '\0'; //去除输入时末尾的'\n'
    
    int n = split(commandstr, argv);
    if(n != 0) continue; //用户输入空串
    //debugPrint(argv);  -- 当前阶段用于演示效果
  }
  return 0;
}
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• 调用C语言库函数strtok获取分割空格字符后字串的首地址，并且将空格置为'\0'，并将字串的首地址存储起来

效果演示：

执行用户命令

创建子进程，进程进程程序替换，让子进程完成用户所输入的命令，具体的代码逻辑如下：

#define MAX 1024
#define ARGC 64
#define SEP " "

const char* getpath(char* path)
{
  int length = strlen(path);
  if(length == 1) return "/"; //根目录
  int i = length - 1;
  while((path[i] != '/')) i--;
  return path+i+1;
}

int split(char commandstr[], char* argv[])
{
  argv[0] = strtok(commandstr, SEP);
  if (argv[0] == NULL) return -1; //字符串为空
  int i = 1;
    while(1)
    {
        argv[i] = strtok(NULL, SEP);
        if(argv[i] == NULL) break;
        i++;
    }
  return 0;
}

int main()
{
  while(1)
  {
    char commandstr[MAX] = { 0 }; //接收命令行参数
    char* argv[ARGC] = { NULL };  //存储命令行参数
    printf("[%s@%s %s]$$ ", getenv("USER"), getenv("HOSTNAME"), getpath(getenv("PWD")));
    fflush(stdout);
    char* s = fgets(commandstr, sizeof(commandstr), stdin);
    commandstr[strlen(commandstr) - 1] = '\0'; //去除输入时末尾的'\n'
    int n = split(commandstr, argv);
    if(n != 0) continue; //用户输入空串
      
    pid_t id = fork();//创建子进程完成命令执行
    if (id == 0)
    {
      //子进程
      execvp(argv[0], argv); //进程程序替换
      exit(0);
    }
    
    int status = 0;
    waitpid(id, &status, 0);//回收子进程
  }
  return 0;
}
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• 由于实现的shell用于执行系统命令，并且获取了记录命令行参数的数组，因此采用execvp进程程序替换

效果演示：

完整代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAX 1024
#define ARGC 64
#define SEP " "

const char* getpath(char* path)
{
  int length = strlen(path);
  if(length == 1) return "/"; //根目录
  int i = length - 1;
  while((path[i] != '/')) i--;
  return path+i+1;
}

int split(char commandstr[], char* argv[])
{
  assert(commandstr);
  assert(argv);
    
  argv[0] = strtok(commandstr, SEP);
  if (argv[0] == NULL) return -1; //字符串为空
  int i = 1;
    while(1)
    {
        argv[i] = strtok(NULL, SEP);
        if(argv[i] == NULL) break;
        i++;
    }
  return 0;
}

int main()
{
  while(1)
  {
    char commandstr[MAX] = { 0 }; //接收命令行参数
    char* argv[ARGC] = { NULL };  //存储命令行参数
    printf("[%s@%s %s]$$ ", getenv("USER"), getenv("HOSTNAME"), getpath(getenv("PWD")));
    fflush(stdout);
    char* s = fgets(commandstr, sizeof(commandstr), stdin);
    assert(s); //对fgets函数的结果断言
    (void)s;//保证在release方式发布的时候，因为去掉assert了，所以s就没有被使用，而带来的编译告警, 什么都没做，但是充当一次使用
    commandstr[strlen(commandstr) - 1] = '\0'; //去除输入时末尾的'\n'
    int n = split(commandstr, argv);
    if(n != 0) continue; //用户输入空串
    pid_t id = fork();
    assert(id >= 0);
    (void)id;
    if (id == 0)
    {
      //子进程
      execvp(argv[0], argv); 
      exit(0);
    } 
    int status = 0;
    waitpid(id, &status, 0);
  }
  return 0;
}
);
    if(n != 0) continue; //用户输入空串
    pid_t id = fork();
    assert(id >= 0);
    (void)id;
    if (id == 0)
    {
      //子进程
      execvp(argv[0], argv); 
      exit(0);
    } 
    int status = 0;
    waitpid(id, &status, 0);
  }
  return 0;
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说明： 该版本shell只能够执行系统命令，并且不能够支持所有系统命令比如cd命令。