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z0gSh1u/expshell

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expshell - 一个简单的 Linux Shell

开始

  • 编译 ExpShell

    $ ./make.sh
  • 运行 ExpShell

    $ ./ExpShell

支持的特性

  • 单条指令的执行
  • 引号引起的参数(如 $ some_program "hello, world"
  • 重定向(>、< )
  • 管道(|)
  • 内建指令(如 cd、history、quit)
  • 指令别名(如 ll → ls -l)
  • 家目录(~)

运行截图

如何写一个简单的 Shell

这里简单介绍写 Shell 时比较关键的一些部分,具体请查看源代码。

展示提示符

show_command_prompt 函数。

command_prompt 是在每行最开始显示的一段与用户名、路径等相关的提示信息。ExpShell 显示的 prompt 形如 [root@localhost tmp]>。用 > 而非 #、$ 作为提示符,以区分原生 Shell。

  • 获取用户名

    passwd *pwd = getpwuid(getuid());
    string username(pwd->pw_name);
  • 获取当前目录

    getcwd(char_buf, CHAR_BUF_SIZE);
    string cwd(char_buf);
    • prompt 中目录只显示最近一级,此处用 / 来 split 后取最后一个即可
    • 家目录需要折叠为 ~,这里顺便把家目录地址存到全局变量 home_dir,后续要用到
  • 获取主机名

    gethostname(char_buf, CHAR_BUF_SIZE);
    string hostname(char_buf);
    • 有时 hostname 会是形如 localhost.locald.xxx 的形式,也 split 处理一下
  • 输出之即可

    cout << "[" << username << "@" << hostname << " " << cwd << "]> ";

解析命令

  • 为存储解析结果,定义如下四个类:

    • cmd:各种 cmd 的基类
    • exec_cmd:形如 argv[0] argv[1] ... 的普通命令
    • pipe_cmd:管道命令,形如 left: cmd* | right: cmd*
    • redirect_cmd:重定向命令,形如 cmd_: cmd* > (or <) file
  • (最基础的)解析 exec_cmd

    parse_exec_cmd 函数。注意这里使用 string_split_protect 函数来 split 出 argv,这样可以保持被引号引起的带空格的 argument 不被拆分。

  • 解析一条命令

    parse 函数。采用分治法递归地解析命令。

    • 从左到右扫描字符串
    • 如果是普通字符,则读入缓存
    • 如果是重定向符号,将当前缓存解析为 exec_cmd,作为左手边 cmd;继续不断读入直到再次遇到符号或字符串结束,作为右手边 file,构建 redirect_cmd
    • 如果是管道符号,递归地调用 parse 解析右侧剩余,解析结果作为本层递归的右手边,构建 pipe_cmd
  • 解析内建命令

    主要支持 cd 、history 和 quit 命令。

    • 调用 exit(0) 即可实现 quit
    • history 命令根据记录打印即可
    • 对于 cd,考虑如下情况
      • 无参 cd 等价于 cd ~
      • 对于形如 cd ~/some_path 的命令,使用 home_dir 替换 ~
      • 其他情况调用 chdir 即可

执行命令

主要见 run_cmd 函数。该函数接收一个 cmd*,递归地完成其链上所有 cmd 的执行。

  • 对于 exec_cmd

    • 检查别名,替换别名,例如 ll → ls -l
    • 使用 execvp 函数执行命令
      • 这篇博文 了解 exec 族函数,可见 execvp 在当前场景最为合适
      • 第二个参数是一个末元素为 NULL 的 char**(char*[]),内容为 argv
  • 对于 pipe_cmd

    • 为 pipe_cmd 的 left 和 right 分别 fork 子进程执行,并使用管道让这两个兄弟进程通信

    • 这张图很好地说明了父子进程使用管道通信的方法

    • 依据上图,不难类比出兄弟进程进行 IPC 的方法如下

      • 父进程 pipe
      • 父进程 fork 两次
      • child1 关读端,重定向写端,执行命令,关写端
      • child2 关写端,重定向读端,执行命令,关读端
      • 父进程关闭读、写端,并 wait
  • 对于 redirect_cmd

    • 打开 file,获得 fd
    • 重定向 stdin 或 stdout 到 fd
    • 执行命令
    • 关闭 fd

主函数

在一个死循环中读入当前命令,如果不是 builtin_command,则 fork 子进程进行解析和执行(避免阻塞 ExpShell 自身),执行完成后子进程 exit。

其他细节

  • pipe、open、dup2 等方法返回值小于 0 均表示出现错误,需要触发 panic
  • 对于 wait 方法的状态字,当 WIFEXITED(status) 为 0 时表示子进程异常退出,使用 WEXITSTATUS(status) 可以进一步获得子进程的 exit code

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