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【应用篇】09.实现简易的Shell命令行解释器

news 来源：原创 2025/5/14 6:35:00

一、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。
我们可以画出bash进程执行指令的过程图来帮助理解：

二、分析及其实现

在上图中，bash几乎一直在循环做以下操作：

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
…

1.1 框架构建

void my_shell() 
{    while(true)    {    // 1. 命令行提示符   PrintCommandLine();  // 2. 获取用户命令     if( !GetCommandLine(command_buffer, basesize) )                                                                    {    continue;    }    // 3. 分析命令   ParseCommandLine(command_buffer, strlen(command_buffer));  // 4. 执行命令    ExecuteCommand();   }      
}

1.2 打印命令行

我们利用环境变量来获取所需要的主机名，用户名，当前路径等。

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);return pwd;
}
string LastDir()
{string curr = GetPwd();if(curr == "/" || curr == "None") return curr;size_t pos = curr.rfind("/");if(pos == std::string::npos) return curr;return curr.substr(pos+1);
}
string MakeCommandLine()
{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() 
{printf("%s", MakeCommandLine().c_str());fflush(stdout);
}

1.3 获取命令行输入

通过fgets获取用户的输入，但是需要去除掉’\n’。

bool GetCommandLine(char command_buffer[], int size)  
{char *result = fgets(command_buffer, size, stdin);if(!result){return false;}//去除\ncommand_buffer[strlen(command_buffer)-1] = 0;if(strlen(command_buffer) == 0) return false;return true;
}

1.4 分析命令

将输入的指令打散成指针数组，利用gargc计数，gargv进行存储。使用C语言中的strtok进行切割。

void ParseCommandLine(char command_buffer[], int len) 
{(void)len;memset(gargv, 0, sizeof(gargv));gargc = 0;const char *sep = " ";gargv[gargc++] = strtok(command_buffer, sep);// =是刻意写的while((bool)(gargv[gargc++] = strtok(nullptr, sep)));gargc--;
}

1.5 执行命令

让子进程调用exec系列接口去执行命令。

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(0);}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;
}

1.6 执行内建命令

有些指令是必须要由父进程执行的，这些命令就是内建命令，如cd等。

bool CheckAndExecBuiltCommand()
{if(strcmp(gargv[0], "cd") == 0){// 内建命令if(gargc == 2){chdir(gargv[1]);return true;}}else if(strcmp(gargv[0], "export") == 0){// export也是内建命令if(gargc == 2){AddEnv(gargv[1]);return true;}}else if(strcmp(gargv[0], "env") == 0){for(int i = 0; genv[i]; i++){printf("%s\n", genv[i]);}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);}}else{printf("%s\n", gargv[1]);}return true;}}return false;
}

二、源码

下面的代码是可以执行的完整实现了绝大部分功能的shell，添加了环境变量的导入与错误码的规定。

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.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); return pwd;
}string LastDir()
{string curr = GetPwd();if(curr == "/" || curr == "None") return curr;size_t pos = curr.rfind("/");if(pos == std::string::npos) return curr;return curr.substr(pos+1);
}string MakeCommandLine()
{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() 
{printf("%s", MakeCommandLine().c_str());fflush(stdout);
}bool GetCommandLine(char command_buffer[], int size)  
{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)
{(void)len;memset(gargv, 0, sizeof(gargv));gargc = 0;const char *sep = " ";gargv[gargc++] = strtok(command_buffer, sep);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()  
{// 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;
}// 作为一个shell，获取环境变量应该从系统的配置来
// 我们今天就直接从父shell中获取环境变量
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if( !GetCommandLine(command_buffer, basesize) )   // 2. 获取用户命令{continue;}ParseCommandLine(command_buffer, strlen(command_buffer)); // 3. 分析命令if ( CheckAndExecBuiltCommand() ){continue;}ExecuteCommand();   // 4. 执行命令}return 0;
}

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编程日记 2025/5/2 3:07:30

git使用指南-实践-搭建git私服

一.创建git私服的核心基础所谓的git私服，其实就是在一个服务器上创建一个个的git仓库，并且这些仓库允许其在一个网络上被其他用户访问。创建一个最素的git私服：随便找一台linux服务器，这里假设其ip为192.168.0.6，使…...

编程日记 2025/5/12 10:25:19