Linux——自定义简单shell

自定义shell

目标

• 能处理普通命令
• 能处理内建命令
• 要能帮助我们理解内建命令/本地变量/环境变量这些概念
• 理解shell的运行

普通命令和内建命令（补充）

在Linux系统中，命令大致可以分为普通命令（通常指的是外部命令）和内建命令两大类。以下是关于这两类命令的详细解释：

一、普通命令（外部命令）

定义：普通命令，也被称为外部命令，是Linux系统中的实用程序部分。这些命令通常以单独的程序文件形式存在，并存储在系统的特定目录中（如/bin、/usr/bin、/sbin、/usr/sbin等）。

特点：
功能强大：由于外部命令通常是独立的程序，因此它们可以包含复杂的功能和算法。

不随系统一起加载：在系统启动时，外部命令并不会被加载到内存中。它们只在被需要时，由shell程序通过PATH环境变量查找并加载到内存中执行。

执行速度相对较慢：由于需要查找和加载程序文件，以及创建子进程来执行命令，因此外部命令的执行速度通常比内建命令慢。
示例：常见的外部命令包括ls（列出目录内容）、vi（文本编辑器）、grep（文本搜索工具）等。

二、内建命令

定义：内建命令是shell程序的一部分，这些命令被直接集成在shell的源代码中，并随着shell程序的启动而被加载到内存中。

特点：
执行速度快：由于内建命令是在shell程序内部执行的，因此它们不需要创建子进程或查找外部程序文件，从而提高了执行速度。

与shell紧密集成：内建命令与shell程序紧密集成，因此它们可以更方便地访问和操作shell的环境变量、函数等。

占用内存较少（但相对外部命令而言）：虽然内建命令的执行速度更快，但它们通常会占用一定的内存空间。然而，由于这些命令是shell程序的一部分，因此它们所占用的内存空间通常是可以接受的。

示例：常见的内建命令包括cd（切换目录）、pwd（显示当前工作目录）、echo（输出字符串到标准输出）、history（显示命令历史记录）等。

三、区分方法

在Linux中，可以使用type命令来区分一个命令是内建命令还是外部命令。例如：

输入type cd，输出结果为cd is a shell builtin，表示cd是一个内建命令。
输入type ls，输出结果为ls is aliased to ‘ls --color=auto’（或类似信息），表示ls是一个外部命令（尽管这里显示了别名信息，但可以通过进一步使用type -t ls或查看其路径来确认其为外部命令）。

shell实现

实现原理

⽤下图的时间轴来表⽰事件的发⽣次序。其中时间从左向右。shell由标识为sh的⽅块代表，它随着时间的流逝从左向右移动。shell从⽤户读⼊字符串"ls"。shell建⽴⼀个新的进程，然后在那个进程中运行ls程序并等待那个进程结束。

Shell的作用流程

• 读取输入：
  Shell等待用户输入命令。这可以是直接在命令行提示符下输入的命令，也可以是来自脚本文件的命令。
• 解析命令：
  Shell解析用户输入的命令，包括命令本身、参数和选项。它会检查命令的语法是否正确，以及命令是否存在。
• 查找命令：
  Shell判断命令是内置命令还是外部命令。如果是内置命令，则直接执行；如果是外部命令，则在PATH环境变量中查找相应的程序文件。
• 执行命令：
  Shell将解析后的命令传递给操作系统内核执行。内核会读取命令，并执行相应的操作。这包括调用系统资源、管理文件、执行程序等。
• 返回输出：
  当命令执行完成后，Shell会返回执行结果或错误信息给用户。这可以是命令的输出内容、状态码等。
• 环境变量：
  Shell使用环境变量来存储系统配置和用户信息。这些变量在命令执行和脚本编写中起着重要作用。例如，PATH变量指定了系统在哪些目录下查找可执行文件。
• 重定向和管道：
  Shell支持将命令的输入和输出重定向到文件或其他设备上。同时，它还支持管道操作，可以将一个命令的输出作为下一个命令的输入。

实现代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <ctype.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[argvnum];
int gargc = 0;
// 全局的变量int lastcode = 0;
// 我的系统的环境变量char *genv[envnum];
// 全局的当前shell⼯作路径char pwd[basesize];
char pwdenv[basesize];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); // PWD=XXXreturn pwd;//string pwd = getenv("PWD");//return pwd.empty() ? "None" : pwd;
}
string LastDir()
{string curr = GetPwd();if(curr == "/" || curr == "None") return curr;// /home/whb/XXXsize_t pos = curr.rfind("/");if(pos == std::string::npos) return curr;return curr.substr(pos+1);
}string MakeCommandLine()
{// [whb@bite-alicloud myshell]$ char command_line[basesize];snprintf(command_line, basesize, "[%s@%s %s]# ",\GetUserName().c_str(), GetHostName().c_str(),LastDir().c_str());return command_line;
}
void PrintCommandLine() // 1. 命令⾏提⽰符
{printf("%s", MakeCommandLine().c_str());fflush(stdout);
}bool GetCommandLine(char command_buffer[], int size)   //2. 获取⽤⼾命令
{// 我们认为：我们要将⽤⼾输⼊的命令⾏，当做⼀个完整的字符串// "ls -a -l -n"char *result = fgets(command_buffer, size, stdin);if(!result){return false;}command_buffer[strlen(command_buffer)-1] = 0;if(strlen(command_buffer) == 0) return false;return true;
}void ParseCommandLine(char command_buffer[], int len) // 3. 分析命令
{(void)len;memset(gargv, 0, sizeof(gargv));gargc = 0;// "ls -a -l -n"const char *sep = " ";gargv[gargc++] = strtok(command_buffer, sep);// =是刻意写的while((bool)(gargv[gargc++] = strtok(nullptr, sep)));gargc--;}
void debug()
{printf("argc: %d\n", gargc);for(int i = 0; gargv[i]; i++){printf("argv[%d]: %s\n", i, gargv[i]);}
}
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[0], 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]){index++;}genv[index] = (char*)malloc(strlen(item)+1);strncpy(genv[index], 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[0], "cd") == 0){// 内建命令if(gargc == 2){chdir(gargv[1]);lastcode = 0;}else{lastcode = 1;}return true;}else if(strcmp(gargv[0], "export") == 0){// export也是内建命令if(gargc == 2){AddEnv(gargv[1]);lastcode = 0;}else{lastcode = 2;}return true;}else if(strcmp(gargv[0], "env") == 0){for(int i = 0; genv[i]; i++){printf("%s\n", genv[i]);}lastcode = 0;return true;}else if(strcmp(gargv[0], "echo") == 0){if(gargc == 2){// echo $?// echo $PATH// echo helloif(gargv[1][0] == '$'){if(gargv[1][1] == '?'){printf("%d\n", lastcode);lastcode = 0;}}else{printf("%s\n", gargv[1]);lastcode = 0;}}else{lastcode = 3;}return true;}return false;
}
void InitEnv(){extern char **environ;int index = 0;while(environ[index]){genv[index] = (char*)malloc(strlen(environ[index])+1);strncpy(genv[index], environ[index], strlen(environ[index])+1);index++;}genv[index] = nullptr;}int main(){InitEnv();char command_buffer[basesize];while(true){PrintCommandLine(); // 1. 	命令⾏提⽰符// command_buffer -> outputif( !GetCommandLine(command_buffer, basesize) )   // 2. 获取⽤⼾命令{continue;}//printf("%s\n", command_buffer);ParseCommandLine(command_buffer, strlen(command_buffer)); // 3. 分析命令if ( CheckAndExecBuiltCommand() ){continue;}ExecuteCommand();   // 4. 执⾏命令}return 0;}