Linux 自主实现shell编写（简易版 附完整代码实现）

我们先来回顾下shell的典型互动：

[root@localhost epoll]# ls
client.cpp readme.md server.cpp utility.h
[root@localhost epoll]# ps
 PID TTY TIME CMD
 3451 pts/0 00:00:00 bash
 3514 pts/0 00:00:00 ps

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。

然后 shell 读取新的一行输入，建立一个新的进程，在这个进程中运行程序 并等待这个进程结束。

所以要写一个 shell ，需要循环以下过程 :

1. 获取命令行

2. 解析命令行

3. 建立一个子进程（ fork ）

4. 替换子进程（ execvp ）

5. 父进程等待子进程退出（ wait ）

根据这些思路，和我们前面的学的技术，就可以自己来实现一个 shell 了。

完整代码实现：
 

#define _XOPEN_SOURCE//用于处理putenv函数缺少声明的问题,且必须定义在stdlib.h之前
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>

#define SEP " "//标识符，用于截取命令字符串
#define SIZE 512//命令行最多字符数
#define NUM 32//命令行指示数组中最多的指令数
#define ZERO '\0'//处理双回车问题
#define SkipPath(p) do{ p += strlen(p); while(*p != '/') --p; }while(0)//从后往前遍历打印输出工作路径最右值

char* gArgv[NUM];//储存输入截取后的命令行字符串
char cwd[SIZE*2];//用于更新环境变量储存当前工作路径
int lastcode;//错误码

//获取用户名
const char* GetUserName()
{
    const char* name = getenv("USER");
    if(name == NULL) return "None";
    return name;
}

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

//获取环境变量PWD打印输出工作路径
const char* GetCwd()
{
    const char* cwd = getenv("PWD");
    if(cwd == NULL) return "None";

    SkipPath(cwd);
    return cwd;
}

//获取环变量HOME
const char* GetHOME()
{
    const char* home = getenv("HOME");
    if(home == NULL) return "/";
    return home;
}

void MakeCOmmandLineAndPrint()
{
    char commandline[SIZE];
    
    snprintf(commandline,sizeof(commandline),"[%s@%s %s]> ",GetUserName(),GetHomeName(),strlen(GetCwd()) == 1 ? "/" : GetCwd()+1);//这里逗号表达式解决输出工作路径打印根目录的问题
    printf("%s",commandline);
    fflush(stdout);
}

int GetUserCommand(char line[],size_t n)
{    
    char* s = fgets(line,n,stdin);
    if(s == NULL) return -1;//获取失败
    
    line[strlen(line)-1] = ZERO;//这里处理双回车问题，fgets函数会将输入的回车也写进line中
    return strlen(line);
}

void Splitcommand(char line[],size_t n)
{
    gArgv[0] = strtok(line,SEP);
    
    size_t i=1;
    while((gArgv[i++] = strtok(NULL,SEP)));//循环赋值并判断
}

void ExecuteCommand()
{    
         pid_t id = fork();
         if(id == 0)
         {
             //child
             execvp(gArgv[0],gArgv);//进程替换
             exit(errno);
         }
         else if(id>0)
         {
             //father
             int status = 0;
             pid_t rid = waitpid(id,&status,0);
             if(rid > 0)
             {
                //等待成功
                lastcode = WEXITSTATUS(status);
                if(lastcode != 0)
                printf("%s:%s:%d\n",gArgv[0],strerror(lastcode),lastcode);//处理错误码对应错误信息
             }
         }
         else
         {
             printf("创建子进程失败\n");

         }
}


void cd()
{
    const char* path = gArgv[1];
    if(path == NULL || strcmp(path,"~") == 0) 
    {
        path = GetHOME();//回到家目录
    }

    //更新路径
    chdir(path);

    //更新环境变量保证命令行输出工作目录打印正确
    char temp[SIZE*2];
    getcwd(temp,sizeof(temp));//获取当前工作目录
    snprintf(cwd,sizeof(cwd),"PWD=%s",temp);
    putenv(cwd);//更新环境变量
}

int CheckBuildin()
{
    int yes = 0;//标记是否为内建命令返回
    const char* enter_cmd = gArgv[0];
    if(strcmp(enter_cmd,"cd") == 0)
    {
        yes = 1;
        cd();
    }
    else if(strcmp(enter_cmd,"echo")==0 && strcmp(gArgv[1],"$?")==0)
    {
        yes = 1;
        printf("%d\n",lastcode);
        lastcode = 0;
    }

    return yes;
}

int main()
{
    int Q=0;
    while(!Q)
    {
         //制作命令行
         MakeCOmmandLineAndPrint();

         //获取用户命令行字符串
         char command[SIZE];
         int n = GetUserCommand(command,sizeof(command));    
         if(n<0) return -1;

         //截取命令字符串
         Splitcommand(command,sizeof(command));
         
         //判断是否是内建命令
         int i = CheckBuildin();
         if(i) continue;
         
         //程序替换执行这个命令
         ExecuteCommand();
    }
    return 0;
}