Linux实现简易的Shell命令行解释器
Posted 沐曦希
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux实现简易的Shell命令行解释器相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
大家好我是沐曦希💕
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一、前言
前面学到了进程创建，进程终止，进程等待，进程替换，那么通过这些来制作一个简易的Shell命令行解释器。
首先这是与Shell的互动:
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）
二、准备工作
1.输出提示符
这里的提示字符为用户名@主机名 当前路径# 直接打印出来作为提示所用
printf("用户名@主机名 当前路径#");
这里没有\\n，会有缓冲区的问题，类似于我们之前所说的进度条所遇到的问题，可以用fflush(stdout)刷新缓冲区。
2.输入和获取命令
- 输入
我们需要输入一连串命令，其中可能出现空格，所以不能使用gets函数，需要用到fgets函数，同时，可以定义一个lineCommand[NUM]数组
#define NUM 1024
char lineCommand[NUM];
char* s = fgets(lineCommand,sizeof(lineCommand) - 1, stdin);
assert(s != NULL);
但是打印的时候却多换了一行，这是我们把\\n也读取到了，直接进行处理即可,清除最后一个\\n
lineCommand[strlen(lineCommand) - 1] = 0;
可以通过打印看看效果和测试是否有BUG
printf("test:%s\\n",lineCommand);
- 获取
输入之后，我们自然需要去进行获取，我们需要分割命令行，这个地方用strtok。把字符串切割成若干个子串：
strtok:第一次直接传递参数，第二次则必须传NULL。且在最终strtok会返回NULL。
3.shell运行原理
同时，在理解一下shell的运行原理：shell内部提取命令行做分析，然后调用exec. shell执行命令必须通过创建子进程，如果不创建子进程会把我们所有的shell全部替换，所以执行命令时一般磁盘上的程序必须创建子进程。
4.内建命令
我们在运行自己写的shell的时候，发现输入cd …输入cd path等命令时发现路径并没有改变！
没有发生改变是因为自己写的shell执行很多命令都要fork()创建子进程，让子进程执行的cd，子进程有自己的工作目录，所以更改的子进程的目录，子进程执行完毕，继续用的是父进程，既shell，并没有影响父进程，所以并没有改变。
对于cd,我们可以采用内建命令：不需要创建子进程执行，让shell自己执行命令，称为内建命令。本质就是执行系统接口，我们可以调用一个系统接口chdir，可解决上述问题：
5.替换
采用execvp进行替换进程
pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if(id == 0)
execvp(myargv[0],myargv);
exit(1);
三、整体代码
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#define NUM 1024
#define OPT_NUM 64
char lineCommand[NUM];
char *myargv[OPT_NUM];//指针数组
int lastcode = 0;
int lastsig = 0;
int main()
while(1)
// 1.输出提示符
printf("lj@VM-8-2-centos 当前路径#");
fflush(stdout);
// 2.获取用户输入的命令，输入的时候，用户最后还输入了\\n
char* s = fgets(lineCommand,sizeof(lineCommand) - 1, stdin);
assert(s != NULL);
(void)s; //避免Linux认为s变量未使用,导致警告
// 清除最后一个\\n;例如:abcd\\n
lineCommand[strlen(lineCommand) - 1] = 0;
//printf("test:%s\\n",lineCommand);
// "ls -a -l -i" -->字符串分割-->"ls" "-a" "-l" "-i"
myargv[0] = strtok(lineCommand, " ");
int i = 1;
if(myargv[0] != NULL && (strcmp(myargv[0],"ls") == 0))
myargv[i++] = (char*)"--color=auto";
//如果没有子串了,strtok会返回NULL，即myargv[end] = NULL
while(myargv[i++] = strtok(NULL," "));
//如果是cd命令，不需要创建子进程，让shell自己执行对应的命令，本质就是执行系统接口
//像这种不需要让我们的子进程来执行，而是让shell自己执行的命令—内建命令
//其中echo是一个自建命令
if(myargv[0] != NULL && (strcmp(myargv[0],"cd") == 0))
if(myargv[1] != NULL) chdir(myargv[1]);
continue;
if(myargv[0] != NULL && myargv[1] != NULL && (strcmp(myargv[0],"echo") == 0))
if(strcmp(myargv[1],"$?") == 0)
printf("%d,%d\\n",lastcode,lastsig);
else
printf("%s\\n",myargv[i]);
continue;
//利用条件编译测试是否成功
#ifdef DEBUG
for(int i = 0; myargv[i]; ++i)
printf("myargv[%d]:%s\\n",i,myargv[i]);
#endif
//执行命令
pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if(id == 0)
execvp(myargv[0],myargv);
exit(1);
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
assert(ret > 0);
(void) ret;
lastcode = (status >> 8) & 0xFF;
lastsig = status & 0x7F;
return 0;
Linux小练习模拟简易的shell
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一、前言
shell是命令行解释器，作用是将命令交给bash去执行，而bash将任务交给子进程来完成，这样即使这个任务出现问题，bash也不会受到影响。
而子进程也不是直接去执行任务，而是通过程序替换来完成，所以shell的模拟最重要的两个部分就是创建子进程和程序替换。
创建子进程在 进程概念 中已经提到过，下面先重点介绍进程替换，再模拟实现shell。
二、进程程序替换
1.替换原理
用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变。
2.替换函数
函数都以exec开头，后面的字母可以采用如下的理解来记忆
l(list) : 表示采用参数列表
v(vector) : 表示参数用数组
p(path) : 表示在环境变量中搜索程序的路径
e(env) : 表示参数中自定义环境变量
由上可以看出，这6个函数使用时差别不是很大，以execl为例详细讲解。
int execl(const char *path, const char *arg, …);
path是程序的路径，arg是如何执行，“…”是可变参数，必须以NULL结尾。下面举一个例子。
先查看到ls的路径。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
printf("I am a process!\\n");
sleep(3);
// 路径 ls 命令行参数 以NULL结尾
execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-i", "-l", NULL);
return 0;
最后程序的结果显然与动图中上面运行ls -a -i -l的结果相同。
这样在我写的myproc进程内就可以调用其他的程序（比如ls）。
进程替换不会创建新的进程，直接用新的代码和数据替换原来的代码和数据，所以进程替换后的代码不会执行，直接被替换了。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
printf("I am a process!\\n");
sleep(3);
execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-i", "-l", NULL);
printf("you can't see me!\\n");//看看这句代码是否被执行
return 0;
结果没有打印you can’t see me!，所以可验证上面的结论。
程序替换也是可能失败的，下面以路径错误为例看结果。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
printf("I am a process!\\n");
sleep(3);
//正确路径这里是usr/bin/ls
execl("/us/bin/ls", "ls", "-a", "-i", "-l", NULL);
printf("you can't see me!\\n");//看看这句代码是否被执行
return 0;
因为进程替换失败，所以后面的代码和数据都不会被替换，继续跑下面的代码。
所以说，exec系列的函数从使用上来说不需要判断返回值，只要返回就是失败。
一般调用exec系列的函数，多是创建子进程，然后将子进程的代码和数据替换掉，执行其他的程序。与上面的代码功能相同，新的代码如下。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main()
pid_t id = fork();
if (id == 0)
printf("I am a process!\\n");
sleep(3);
execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-i", "-l", NULL);
exit(10);
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
if (ret > 0 && WIFEXITED(status))
printf("signal:%d\\n", WIFEXITED(status));
printf("exit code:%d\\n", WEXITSTATUS(status));
return 0;
下面是几个不需要环境变量的函数的等价写法。
三、模拟简易的shell
先以ls为例说明一下shell的大概流程。
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"ls"，然后建立一个新的子进程，接着在新创建的进程中运行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:
- 获取命令行
- 解析命令行
- 建立一个子进程（fork）
- 替换子进程（exec）
- 父进程等待子进程退出（wait）
1.gethostname
首先命令行前有如下的提示符：
这些内容可以通过gethostname来获取。
用如下代码获取主机名：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main()
char name[100];
while (1)
gethostname(name, sizeof(name));
printf("%s\\n", name);
return 0;
在下面的代码中，直接用我自己虚构的主机名带代表模拟的shell。
2.模拟实现
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define LEN 1024//读入的字符个数最多1024个
#define NUM 32//命令+命令行参数最多32个
int main()
char cmd[LEN];
while (1)
//打印提示符
printf("[yh@my_centos dir]& ");
//获得用户输入(其实就是一个字符串)
fgets(cmd, LEN, stdin);//从标准输入(一般是键盘)读入用户输入的字符串
cmd[strlen(cmd) - 1] = '\\0';//最后一个位置本来是'\\n'
//解析字符串
char* myArg[NUM];
//输入的字符串至少有第一个命令
myArg[0] = strtok(cmd, " ");//以空格为分割符先分割出命令
int i = 1;
//拿到之后的命令行参数
while (myArg[i] = strtok(NULL, " "))//默认从上一次的子串中提取，所以传NULL
i++;
//让子进程执行命令
pid_t id = fork();
if (id == 0)
//child
execvp(myArg[0], myArg);
exit(11);
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
if (ret > 0 && WIFEXITED(status))
printf("signal:%d,", WIFEXITED(status));
printf("exit code:%d\\n", WEXITSTATUS(status));
return 0;
但也有一些命令不能实现，比如用’;‘隔开的两个命令、使用’|'管道时、cd等命令等等，有些是因为程序中处理字符串时没有考虑、有些是因为命令本身不是由fork完成的。
这里模拟实现shell只是为了将fork和进程替换用起来，所以难免会有缺陷。
感谢阅读，如有错误请批评指正
以上是关于Linux实现简易的Shell命令行解释器的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
linux命令行与shell脚本编程大全---bash shell命令