【linux课设】自主实现shell命令行解释器

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执行。bash,即GNU Bourne-Again Shell，是shell的一种实现方式，也是大多数linux系统下默认的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。当我们要执行一条类似ls -a指令时，bash会提前fork出一个子进程，然后让子进程去执行指令。这是我们进程程序替换的思想。当然，中间的过程涉及到进程创建、虚拟内存、进程替换的细节，本篇文章不做叙述，感兴趣的可以去看我之前的博客，希望能对你有帮助。

我们可以画出bash进程执行指令的过程图来帮助理解：

在上图中，bash几乎一直在循环做以下动作：

1.获取指令
2.解析命令行
3.fork创建子进程
4.命令程序替换子进程
5.等待子进程终止
…

既然知道了bash的基本原理，我们同样也可以模拟以上动作来写一个mini版的shell

代码实现

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

#define SIZE 100
#define COMMAND_SIZE 200
#define ZEOR '\0'
#define ARGV_NUM 32
#define SKIP " "
#define SkipPath(p) do{p+=strlen(p)-1; while(*p!='/'){p--;}}while(0)

char* gArgv[ARGV_NUM];//指令参数
char cwd[SIZE*2];//当前路径的环境变量键值对
int lastcode=0;

const char* GetUserName(){//获取环境变量中的值
  const char* name=getenv("USER");
  if(name==NULL){
    return "None";
  }
  return name;
}

const char* GetHome(){//获取家目录
  const char* home=getenv("HOME");
  if(home==NULL){
    return "/";
  }
  return home;
}

const char* GetHostHome(){//获取主机名
  const char* hostname=getenv("HOSTNAME");
  if(hostname==NULL){
    return "None";
  }
  return hostname;
}

const char* GetCwd(){//获取当前路径
  const char* cwd=getenv("PWD");
  if(cwd==NULL){
    return "None";
  }
  return cwd;
}


//输出命令行
void MakeCommandLineAndPrint(){
    char line[SIZE];
    const char* name=GetUserName();
    const  char* hostname=GetHostHome();
    const char* cwd=GetCwd();
    SkipPath(cwd);
    snprintf(line,sizeof(line),"[%s@%s %s]> ",name,hostname,cwd=strlen(cwd)==1?"/":cwd+1);
    printf("%s",line);
    fflush(stdout);
}
//获取用户命令行
int GetUserCommand(char command[],size_t n){
  char* s=fgets(command,n,stdin);
  if(s==NULL)return -1;
  command[strlen(command)-1]=ZEOR;
  return (int)strlen(command);
}


//命令行分割,获取命令行参数列表
void SplitCommand(char command[],size_t n){
   gArgv[0]=strtok(command,SKIP);
   size_t index=1;
   char* t=gArgv[0];
   while(t!=NULL){
     t=strtok(NULL,SKIP);
      gArgv[index++]=t;
   }
   //size_t i=0;
   //for(;i<index;i++){
   //  printf("%s\n",gArgv[i]);
   //}
}

//cd内建命令
void Cd(){
  const char* path=gArgv[1];
  if(path==NULL){
    path=GetHome();
  }
  //更新当前工作目录
  chdir(path);//修改当前进程的工作路径

  //更新环境变量
  char t[SIZE*2];
  getcwd(t,sizeof(t));
  snprintf(cwd,sizeof(cwd),"PWD=%s",t);
  putenv(cwd);
}

//查看是否是内建命令
int CheckBuiltIn(){
  int yes=0;
  const char* cmd=gArgv[0];
  if(strcmp(cmd,"cd")==0){
    yes=1;
    Cd();
  }
  return yes;
}
// 处理创建子进程失败
void Die(){
  exit(1);
}
//执行指令
void ExeCommand(){ 
   pid_t id=fork();
   if(id<0){
     Die();
   }
   if(id==0){
     //child
     execvp(gArgv[0],gArgv);
     exit(errno);
   }else{
     int status=0;
     pid_t res=waitpid(id,&status,0);
     if(res>0){
       lastcode=WEXITSTATUS(status);//获取子进程退出码信息
       if(WIFEXITED(status)){
        if(lastcode!=0) printf("%s:%s:%d\n",gArgv[0],strerror(lastcode),lastcode);
       }
     }
   }
}

int main(){
  int quit=0;
  while(!quit){
     //1.输出一个命令行
     MakeCommandLineAndPrint();
    
     //2.获取用户命令
     char command[COMMAND_SIZE];
     int n= GetUserCommand(command,sizeof(command));
     if(n<=0)return 1;//输入指令不合法
    // printf("%s\n",command);

    //3.命令行字符串分割
     SplitCommand(command,sizeof(command));
    
     //4.查看命令是否是内建命令
     int flag=CheckBuiltIn();
     if(flag)continue;
     
     //5.执行指令
     ExeCommand();
  }
  return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163

运用进程创建，进程替换的原理，基本模拟了shell解释命令的过程。