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news 2025/7/2 19:00:20
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Linux编写一个极简版本的Shell

📟作者主页：慢热的陕西人

🌴专栏链接：Linux

📣欢迎各位大佬👍点赞🔥关注🚓收藏，🍉留言

本博客主要内容在Linux环境下，简易实现了一个Shell，顺便讲解和实现了一些内建命令

文章目录

  • Linux编写一个极简版本的Shell
    • ①读取命令行
    • ②父子进程框架
    • ③切割命令行
    • ④子进程借用分割的结果来替换程序
    • ⑤优化：
    • ⑥内建命令(重要)

首先我们观察到：

bash的命令行提示符：[用户名@主机名 当前目录]

[mi@lavm-5wklnbmaja demo1]

image-20231109205329152

所以我们无限循环去打印这个命令行提示符

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>                                                                                                                                            
int main()    
{    while(1)    {    printf("[xupt@my_machine currpath]#");    //这里因为我们不能加换行，所以得刷新缓冲区    fflush(stdout);    sleep(1);    }    return 0;    
}

运行效果：

image-20231109210135984

①读取命令行

接下来我们就要获取命令输入的命令行参数：

我们创建一个字符数组用来专门存放用户输入的命令行

#define MAX 1024  //因为命令行最长支持到1024
char commondstr[MAX] = {0};

我们用fgets来获取命令行

fgets(commondstr, sizeof(commondstr), stdin);

我们测试一下：

结果正常，但是我们的命令重新被打印的时候多打印了一个换行符，因为fgets读取了换行符，并且存储到了commondstr中了.

[mi@lavm-5wklnbmaja demo1]$ ./myshell 
[xupt@my_machine currpath]#ls -a
ls -a

解决方案：

commondstr[strlen(commondstr) - 1] = '\0';//处理fget获取了换行符的问题

运行结果：

image-20231109212142534

②父子进程框架

这个时候我们就需要用到子进程了，因为执行命令行的时候需要用到程序替换，那么如果我们用父进程的话，直接就全崩掉了。

每次输入命令，都把命令交给子进程去执行，而父进程去等待子进程就好了：

    pid_t id = fork();    assert(id >= 0);    (void) id; //和上面的处理原因一样    if(id == 0)    {    //child    }    int status = 0;             waitpid(id, &status, 0);

在子进程执行之前，我们先要将用户输入进来的命令行进行拆分

③切割命令行

切割的原理很简单，我们只需要把命令行中间的空格变成\0即可。

ls -a -l ----> ls\0-a\0-l;

这个时候我们要引入一个C库提供的函数strtok,它是一个专门用来分隔字符串的函数。

我们需要封装一下这个函数来达到为我们分割命令行的目的：

注意strtok函数第二次切割的时候只需要传入NULL即可。

int split(char* commondstr, char* argv[])    
{    assert(commondstr);    assert(argv);    argv[0] = strtok(commondstr, SEP);    int i = 1;    while((argv[i++] = strtok(NULL, SEP)));    
//  {    
//      argv[i] = strtok(NULL, SEP);    
//      if(argv[i] == NULL) break;    
//      i++;    
//  }                                                     //表示切割成功    return 0;    
}

main函数内部这样去调用分割函数

    int n = split(commondstr, argv);//等于0表示切割成功if(n != 0) continue;//DebugPrint(argv);

我们再设计一个函数来打印我们切割的结果，查看我们切割的结果是否正确：

void DebugPrint(char* argv[])
{for(int i = 0; argv[i]; ++i){printf("%d : %s\n", i, argv[i]);}
}

运行结果：

image-20231109224418103

④子进程借用分割的结果来替换程序

因为我们用split函数将命令行分装到argv字符串指针数组内部了，所以我们只能用带v的加载函数。

另外因为我们不能固定路径，所以我们也只能用带p的。

所以综上：我们的加载函数就选择到了execvp函数：

在子进程内部调用：

    if(id == 0)    {    //child    execvp(argv[0], argv);    exit(0);    }

那么这时候我们在运行一下：

image-20231109225424556

⑤优化：

我们看到我们在用bash提供的ls的时候，它产生的结果是带有颜色的。

image-20231110135556660

但是我们自己实现的简易Shell是没有颜色的，那么这到底是为什么？

我们which ls查看一下，原来系统在ls后边面追加了一个参数--color==auto;

image-20231110135703672

那么我们也可以对我们的简易Shell进行一些优化让他支持这样的显示：

我们只需要在代码中特判一下即可：

    if(strcmp(argv[0], "ls") == 0)    {    //先找到末尾    int pos  = 0;    while(argv[pos]) pos++;    //追加color参数    argv[pos] = (char*)"--color=auto";    //安全处理    pos++;    argv[pos] = NULL;                                                                                                                }

运行效果：

image-20231110140325861

⑥内建命令(重要)

（1）内建命令的概念：

—>首先我们先明确一下内建命令/内置命令的概念,就是让我们bash自己执行的命令，我们称之为内建命令/内置命令。

（2）cd命令

当我们在我们的简易Shell中切换目录时：

我们发现不论我们怎么切换目录，结果都是目录没有变化，**原因是我们是在子进程中运行这些命令行的，**进程具有独立性。其实我们切换目录是切换了子进程的目录，但是父进程也就是我们pwd显示的目录却没有任何变化,并且这里其实pwd的也是子进程的当前目录，但是因为子进程在执行完cd命令后，就被exit了。当我们再执行pwd的时候是一个新的子进程在帮我们完成这个命令，因为我们之前cd没有改变父进程的当前目录，那么新创建的子进程的目录也就变成了和父进程一样的，所以看起来我们就是没有改变当前目录一样。

image-20231110140734849

所以这里的cd命令，我们要在父进程中交给一个函数chdir()来让我们的bash来执行:

代码：

    //当我们输入cd命令的时候    if(strcmp(argv[0], "cd") == 0)    {    if(argv[1] != NULL) chdir(argv[1]);                                                                                              continue;    }

运行结果：

image-20231110142305250

（3）export命令

此外不止我们的cd，包括我们当时去在bash中执行我们的export添加环境变量的时候，实际上是添加到我们的bash内部的，那么如果我们的简易Shell去把这个命令交给我们的子进程去执行了，那么就不太合适了，应该让我们的父进程自行去执行这个命令！

所以我们依旧采用内建命令的方式：

    //当我们输入export命令时    if(strcmp(argv[0], "export") == 0)    {    //我们把这个环境变量存储在我们自己设定的数组内部    if(argv[1] != NULL)    {    strcpy(myenv[env_index], argv[1]);    //再将数组内部的环境变量放到父进程的环境变量中    putenv(myenv[env_index++]);    }    }

我们尝试测试一下：

image-20231110151609156

最终我们找到了

image-20231110151622993

但是我们的env打印的好像是子进程的环境变量，这似乎不是我们想要的，我们应该想要的是父进程的环境变量，所以我们再做一下处理：

我们自行实现一个函数去打印我们的环境变量：

    void PrintEnv(){extern char **environ;for(int i = 0; environ[i]; ++i){printf("%d:%s\n",i, environ[i]);}}//当我们查看环境变量的时候if(strcmp(argv[0], "env") == 0){PrintEnv();continue; }

运行效果：

image-20231110152530084

image-20231110152557349

所以其实我们之前学习的几乎所有的环境变量，相关的命令都是内建命令。

我们在将echo支持成内建命令：

    //当我们echo的时候if(strcmp(argv[0], "echo") == 0){//先确认一下echo后面第一个跟的是$if(argv[1][0] == '$'){char* env_ret = getenv(argv[1] + 1);                                                                                           if(env_ret != NULL){printf("%s=%s\n", argv[1] + 1, env_ret);}}continue;}

运行结果：

image-20231110155212975

既然支持了环境变量的查询，我们再来顺便支持一下进程退出码的支持，也就是我们的echo $?

    //当我们echo的时候    if(strcmp(argv[0], "echo") == 0)    {    //先确认一下echo后面第一个跟的是$                                                                                                if(argv[1][0] == '$')    {    if(argv[1][1] == '?')    {    printf("%d\n", last_exit);      continue;    }    else    {    char* env_ret = getenv(argv[1] + 1);    if(env_ret != NULL)  printf("%s=%s \n", argv[1] + 1, env_ret);    }    }  int status = 0;pid_t ret  = waitpid(id, &status, 0);if(ret > 0){                                                                                                                                  last_exit = WEXITSTATUS(status);//last_exit我们放在main函数里但不要放在循环里，他要长期保留。}

测试结果：

image-20231110160243796

⑦代码汇总：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>//因为命令行最长支持到1024
#define MAX 1024
//限制最多切割为64段
#define ARGC 64#define SEP " "int split(char* commondstr, char* argv[])                                                           
{assert(commondstr);assert(argv);argv[0] = strtok(commondstr, SEP);int i = 1;while((argv[i++] = strtok(NULL, SEP)));
//  {
//      argv[i] = strtok(NULL, SEP);                                                                                                   
//      if(argv[i] == NULL) break;
//      i++;
//  }//表示切割成功return 0;
}void PrintEnv()
{extern char **environ;for(int i = 0; environ[i]; ++i){printf("%d:%s\n",i, environ[i]);}
}void DebugPrint(char* argv[])
{for(int i = 0; argv[i]; ++i){                                                                                    printf("%d : %s\n", i, argv[i]);}
}int main()
{int last_exit = 0; //存储上一个进程的退出码int env_index = 0; //环境变量数组的下标char myenv[32][64];while(1){//每次进来都初始化一下char commondstr[MAX] = {0};char* argv[ARGC] = {NULL};printf("[xupt@my_machine currpath]#");fflush(stdout);//这里因为我们不能加换行，所以得刷新缓冲区char* s = fgets(commondstr, sizeof(commondstr), stdin);                                                                            assert(s);(void)s;//保证在release发布的时候，因为assert去掉，而导致s没有被使用过而产生的告警，什么都没做，充当一次使用commondstr[strlen(commondstr) - 1] = '\0'; //解决了fgets读入换行符的问题int n = split(commondstr, argv);//等于0表示切割成功if(n != 0) continue;//DebugPrint(argv);//当我们输入export命令时if(strcmp(argv[0], "export") == 0){//我们把这个环境变量存储在我们自己设定的数组内部if(argv[1] != NULL)strcpy(myenv[env_index], argv[1]);                                                                                             //再将数组内部的环境变量放到父进程的环境变量中putenv(myenv[env_index++]);}}//当我们查看环境变量的时候if(strcmp(argv[0], "env") == 0){PrintEnv();continue; }//当我们echo的时候if(strcmp(argv[0], "echo") == 0){//先确认一下echo后面第一个跟的是$if(argv[1][0] == '$'){                                                                                                                                if(argv[1][1] == '?'){printf("%d\n", last_exit);  continue;}else{char* env_ret = getenv(argv[1] + 1);if(env_ret != NULL)  printf("%s=%s \n", argv[1] + 1, env_ret);}}continue;}//当我们输入cd命令的时候if(strcmp(argv[0], "cd") == 0){if(argv[1] != NULL) chdir(argv[1]);continue;}                                                                                                                                  //当我们输入ls命令的时候if(strcmp(argv[0], "ls") == 0){//先找到末尾int pos  = 0;while(argv[pos]) pos++;//追加color参数argv[pos] = (char*)"--color=auto";//安全处理pos++;argv[pos] = NULL;}pid_t id = fork();assert(id >= 0);(void) id; //和上面的处理原因一样if(id == 0)                                                                                                                        {//childexecvp(argv[0], argv);exit(0);}int status = 0;pid_t ret  = waitpid(id, &status, 0);if(ret > 0){last_exit = WEXITSTATUS(status);} // printf("%s\n", commondstr);}                         return 0;
}

到这本篇博客的内容就到此结束了。
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