• Linux-Shell命令行解释器的模拟实现

    引言：本篇文章主要是简单实现一个shell命令行解释器，可以支持基础常见的linux的命令，支持内建命名echo、cd，同时支持重定向的操作！

    一、代码剖析

    1. 头文件引入：

     因代码是在linux下实现，引入的大多头文件是Linux的系统调用，建议在linux环境下使用。

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9. #include 
    10. #include

     这些头文件包含了一些需要使用的库函数和系统调用。

     2. 定义一些常量和全局变量：

    这些常量和变量用于存储命令行输入、命令参数、重定向类型和重定向文件等信息。 

    1. #define OPTION 64
    2. #define NUM 1024
    3. //定义重定向类型
    4. #define NONE_REDIR   0
    5. #define INPUT_REDIR  1
    6. #define OUTPUT_REDIR 2
    7. #define APPEND_REDIR  3
    8. //定义个宏函数，用于将字符串指针移动到无空格的第一个字符上
    9. #define trimSpace(start) do{\
    10.   while(*start == ' '){\
    11.       start++;}\
    12. }while(0)
    13. //保存键盘上输入的命令
    14. char lineComend[NUM];
    15. char* myargv[OPTION];//定义一个char*的指针数组，用于存放参数
    16. int  lastCode = 0;//父进程记录上次子进程执行结果
    17. int  lastSig = 0;
    18. //记录是否是重定向和类型
    19. int redirType = NONE_REDIR;
    20. char *redirFile = NULL;//记录重定向文件名

     3.  定义一个辅助函数find_Redirect：

    这个函数用于查找命令行参数中的重定向符号（>和<）并解析相关的重定向文件和类型。

    1. void find_Redirect(char* argv){
    2.   char* start = NULL;
    3.   for(int i = 0;i<(int)strlen(argv);i++){
    4.     if(argv[i] == '>'||argv[i]=='<'){
    5.       if(argv[i]=='<'){
    6.         //cat <   log.txt
    7.         argv[i] = '\0';
    8.         //去除重定向后面的空格，只保留文件名部分，存放到全局变量redirFile中
    9.         start = argv+i+1;
    10.         trimSpace(start);
    11.         redirFile = start;    
    12.         redirType = INPUT_REDIR;
    13.       }else{
    14.         if(argv[i+1] == '>'){
    15.           //cat xiaomi >> log.txt
    16.           argv[i] = '\0';
    17.           start = argv+i+2;
    18.           trimSpace(start);
    19.           redirFile = start;
    20.           redirType = APPEND_REDIR;
    21.         }else{
    22.           argv[i] = '\0';
    23.           start = argv+i+1;
    24.           trimSpace(start);
    25.           redirFile = start;
    26.           redirType = OUTPUT_REDIR;
    27.         }
    28.       }
    29.     }
    30.   }
    31. }

    4. 主函数

    • 主函数包含一个无限循环，在每次循环中等待用户输入命令，并处理命令执行、重定向和内置命令等逻辑。
    • 在循环的开始，通过printf输出命令提示符，然后使用fgets读取用户输入的命令行，并处理去除结尾的换行符。
    • 接下来，调用find_Redirect函数来查找重定向符号，并解析重定向文件和类型。
    • 然后，使用strtok函数对输入命令进行切割，将切割后的命令参数存储到myargv数组中。同时，处理一些特殊的内置命令，如cd和echo。
    • 对于echo命令，根据重定向类型进行输出重定向。
    • 如果不是内置命令，则创建子进程，并在子进程中执行命令。根据重定向类型，进行输入输出重定向。
    • 最后，使用waitpid等待子进程执行完毕，并获取子进程的退出状态码和信号。
    1. int main(){
    2.   //一开始先初始化重定向文件和类型
    3.   while(1){
    4.   redirFile = NULL;
    5.   redirType = NONE_REDIR;
    6.     printf("[suhh@ziqiang address]$ ");
    7.     fflush(stdout);
    8.     //用户输入
    9.     assert(fgets(lineComend,sizeof(lineComend)-1,stdin)!=NULL);
    10.     //清除数组最后一个\n
    11.     lineComend[strlen(lineComend)-1] = '\0';
    12.    //ls -a -l 
    13.    //切割字符串 靠' '
    14.    find_Redirect(lineComend);
    15.    myargv[0] = strtok(lineComend," ");
    16.   // char * echo_str = NULL;
    17.    if(strcmp(myargv[0],"echo")==0){
    18.       myargv[1] = myargv[0] + strlen(myargv[0]) + 1;//取出剩余字串
    19.       goto echo_start;
    20.   }
    21.    //strtok 会把剩余的放到静态变量中，下次调用只用穿null
    22.    int i = 1;
    23.    //myargv[end]=NULL
    24.    if(myargv[0]!=NULL&&(strcmp(myargv[0],"ls")==0||strcmp(myargv[0],"ll")==0)){
    25.      myargv[i++] = (char*)"--color=auto";
    26.      if(strcmp(myargv[0],"ll")==0) {
    27.       myargv[i++] = (char*)"-l";
    28.       myargv[0] = (char*)"ls";
    29.     }
    30.      //让ls命令默认加上颜色
    31.    }
    32.    while(myargv[i++] = strtok(NULL," ")){}
    33.    if(strcmp(myargv[0],"cd")==0){
    34.      //如果是cd命令，不能用子进程执行，如果用子进程执行不会影响父进程，达不到效果
    35.      //这时这就是内建命令
    36.      if(myargv[1]!=NULL)chdir(myargv[1]);
    37.      continue;
    38.    }
    39. echo_start:
    40.    if(myargv[0]!=NULL && strcmp(myargv[0],"echo")==0){
    41.      //这也是内建命令
    42.      //判断重定向类型
    43.      int fd = 0;
    44.      if((redirType == OUTPUT_REDIR)||(redirType == APPEND_REDIR)){
    45.         int flags = O_WRONLY | O_CREAT;
    46.         if(redirType == APPEND_REDIR) flags = flags | O_APPEND;
    47.         else flags = flags | O_TRUNC;
    48.         fd = open(redirFile,flags,0666);
    49.         //先把标准输出流备份一下
    50.         dup2(1,5);
    51.         //重定向
    52.         dup2(fd,1);
    53.      }
    54.      if(myargv[1]!=NULL&&strcmp(myargv[1],"$?")==0){
    55.        printf("%d,%d\n",lastCode,lastSig);
    56.      }else{
    57.        if(myargv[1]!=NULL){
    58.          //如果用户输入 echo "hello"  去除“”
    59.          if(myargv[1][0] =='"'){
    60.            myargv[1] = (char*)&myargv[1][1];
    61.          }
    62.         int str_len =  strlen(myargv[1]);
    63.         if((myargv[1][str_len-1] == '"')||(myargv[1][str_len -2] == '"')){
    64.          if(myargv[1][str_len-1] == '"') str_len --;
    65.           else str_len -= 2;
    66.         }
    67.          for(int i = 0 ;i
    68.            printf("%c",myargv[1][i]);
    69.          }
    70.          printf("\n");
    71.        }
    72.      }
    73.      if((redirType == OUTPUT_REDIR)||(redirType == APPEND_REDIR)){
    74.        //恢复标准输出流
    75.        close(fd);
    76.        dup2(5,1);
    77.      }
    78.      continue;
    79.    }
    80.    pid_t it = fork();
    81.    assert(it>=0);
    82.    if(it == 0){
    83.      //判断重定向
    84.      //cat < log.txt
    85.      if(redirType == INPUT_REDIR){
    86.          int rfd = open(redirFile,O_RDONLY);
    87.          if(rfd == -1){
    88.           perror("错误:open");
    89.           exit(errno);
    90.          }
    91.          dup2(rfd,0);
    92.      }else if((redirType == OUTPUT_REDIR)||(redirType == APPEND_REDIR)){
    93.       int flags = O_WRONLY | O_CREAT; 
    94.       if(redirType == OUTPUT_REDIR) flags |= O_TRUNC;
    95.       else flags |= O_APPEND;
    96.       int wfd = open(redirFile,flags,0666);
    97.       assert(wfd>=0);
    98.       (void)wfd;
    99.       dup2(wfd,1);
    100.      }
    101.      //子进程执行进程程序替换
    102.      execvp(myargv[0],myargv);
    103.      exit(1);
    104.    }
    105.    int status = 0;
    106.    int wp = waitpid(it,&status,0);//阻塞等待
    107.    assert(wp>=0);
    108.    (void)wp;
    109.    lastCode = (status>>8)&0xFF;
    110.    lastSig = status&0x7F;
    111.    printf("exit_code:%d,exit_signal:%d\n",lastCode,lastSig);
    112.   }
    113.   return 0;
    114. }

     二、 涉及知识点

     1. fork()函数

    fork函数属于系统调用，用于创建子进程，返回子进程pid给父进程，返回0给子进程.

    • fork之后会有两个进程分别执行后续的代码（其实在fork函数体内，父子进程已经产生，所以有两个返回值）
    • 子进程拥有自己的PCB和虚拟地址，这些都是和父进程一样的，也就是说，父进程的虚拟地址的内容拷贝了一份给子进程。
    • 因为子进程拥有和父进程一样的虚拟地址，体现在代码上，就是子进程也可以”共有“父进程定义的变量等，但如果子进程要改变它的值，就会发生写时拷贝，操作系统会在物理内存中重新开辟一段空间，再通过页表，重新映射到虚拟地址处。换句话说，子进程以为访问的虚拟地址是父进程一起共用的，实际上是另一个物理地址。

    2. 进程程序替换

    将指定进程加载到内存中，替换原本进程的代码段和数据段，让这个进程以为在执行自己的代码，其实是在执行别人的代码。

     

     在C语言中提供了丰富的函数用于程序替换

    函数原型： int execl(const char *path, const char *arg, ...); 

    举例：execl("/user/bin/ls","ls",NULL);

    解释：第一个参数是填要替换的程序在哪，路径

               第二个参数是要填这个程序要怎么执行

               第三个参数是要填这个程序要带什么参数，要以NULL结尾

    错误返回-1

     函数原型：int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

    举例：execlp("ls","ls",NULL);

    解释：在上一个函数原型的基础上了一个p，代表path,此时无需传入程序地址，只需告诉程序叫什么，会自动在环境变量中进行可执行程序的查找。

               第一个参数填程序名

               第二个参数是要填这个程序要怎么执行

               第三个参数是要填这个程序要带什么参数，要以NULL结尾

    错误返回-1

     函数原型：int execv(const char *path, char *const argv[])

    举例：char* argv[] ={"ls","-a","-l","--color = auto",NULL};

               execv("/user/bin/ls",argv);

    解释：这次加了一个v，可以将所有可执行参数放到一个字符串指针数组中，统一传递。

               第一个参数是填要替换的程序在哪，路径

               第二个参数是要填字符串指针数组

    错误返回-1

     函数原型：int execvp(const char *file, char *const argv[]);

    举例：execvp("ls",argv);

    解释：这个加了v和p，拥有了前两个的特性。本文中的代码就是用的这个

               第一个参数填程序名

               第二个参数是要填字符串指针数组

    错误返回-1

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_56821642/article/details/134247743