【Linux】手把手教你制作一个简易shell——（进程创建fork进程替换wait与进程等待exec的应用）（自定义shell程序设计）

前言 大家好吖，欢迎来到 YY 滴Linux系列 ，热烈欢迎！ 本章主要内容面向接触过C++ Linux的老铁 主要内容含：

一.前置知识

【1】Shell和Bash简述

• Shell 是一种命令行界面，是用户与系统之间的接口，允许用户执行命令来 管理系统资源、运行程序等
• Bash 是 Shell 的一种实现，也是目前最流行的 Shell 之一

【2】Bash的输入原理——指针数组

1. 我们运行Linux时会出现， bash提示符和命令行 ，我们接下来也要实现这两点
2. 本质是通过 空格 作为分隔符，把一个一个字符串分隔开载入 指针数组中 ;
3. 在父进程bash进程中，创建一个子进程，环境变量也会传递给子进程，并进行 进程等待wait

1. 在子进程中通过 进程替换exec ，执行 指针数组中 中的命令(通过环境变量)

ifn<=0,直接结束省的创建子进程

cd就不行。因为是子进程的cd…

二.自定义shell程序设计

【1】<主函数模块>——大体框架

1.程序设计框架

• 根据前置知识中的实现原理

• 我们主函数中要有对应模块：

1. 打印提示符&&获取用户命令字符串获取成功： getUserCommand函数
2. 分割字符串： commandSplit函数
3. 执行对应的命令： execute函数

2.程序设计细节

1. 设置一个命令行获取字符数组：usercommand
2. 设置一个存储———分割usercommand数组后的字符串的地址——的指针数组：argv

#define NUM 1024
#define SIZE 64

int main()
{
    while(1){  //shell要不停跑，死循环
    
        char usercommand[NUM];
        char *argv[SIZE];
        // 1. 打印提示符&&获取用户命令字符串获取成功
        int n= getUserCommand(usercommand, sizeof(usercommand));
        // 2. 分割字符串
        // "ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
        commandSplit(usercommand, argv);
        // 3. 执行对应的命令
        execute(argv);
    }
}

【2】<打印提示符>模块

1.程序设计框架

• 提示符信息包括：1.HOME 2.USER 3.HOSTNAME
• 我们将上面3个信息分别封装，在getUserCommand函数中统一打印
• 我们通过getenv函数可以获取 环境变量的地址，进而打印

• command参数 接收命令行获取 字符数组usercommand
• num参数 接收 字符数组长度

2.程序设计细节

1. C语言默认会打开三个输入输出流：stdin键盘 stdout显示器stderr显示器，我们用到stdin获取输入流
2. 不用scanf，用fget函数的原因：scanf遇到空格停下来，命令行本身就会出现空格。故采用行获取接口fgets

1. command参数 接收命令行获取 字符数组usercommand ，我们输入命令后，最终你还是会输入\n——导致执行结果和shell之间出现空行；所以我们在输入完后要把command最后一个字符'\n'换成'\0'

int getUserCommand(char *command, int num)
{
    printf("[%s@%s %s]# ", getUsername(), getHostname(), getCwd());
    char *r = fgets(command, num, stdin); // 最终你还是会输入\n
    if(r == NULL) return -1;
    // "abcd\n" "\n"
    command[strlen(command) - 1] = '\0'; // 有没有可能越界？不会
    return strlen(command);
}

char *homepath()
{
    char *home = getenv("HOME");
    if(home) return home;
    else return (char*)".";
}

const char *getUsername()
{
    const char *name = getenv("USER");
    if(name) return name;
    else return "none";
}
const char *getHostname()
{
    const char *hostname = getenv("HOSTNAME");
    if(hostname) return hostname;
    else return "none";
}

【3】<分割字符串>模块

1.程序设计框架

• 这个模块，我们要通过 空格 作为分隔符，把一个一个字符串分隔开载入 指针数组 argv
• in参数 接收命令行获取 字符数组usercommand
• *out[]参数 是 输出型参数，用于传出 分割usercommand数组后的字符串的地址——的指针数组argv

2.程序设计细节

• 通过strstok函数分割； 注意语法，分成首次分割，和剩余分割

#define SEP " "
void commandSplit(char *in, char *out[])
{
    int argc = 0;
    out[argc++] = strtok(in, SEP);
    while( out[argc++] = strtok(NULL, SEP));
}

【4】<执行对应的命令>模块

1.程序设计框架

我们回顾原理部分：

• 在父进程bash进程中，创建一个子进程，环境变量也会传递给子进程，并进行 进程等待wait

• 在子进程中通过 进程替换exec ，执行 指针数组中 中的命令(通过环境变量)

于是我们设计出：

1. fork函数创建子进程
2. 子进程进行进程替换execvp函数，用到 分割usercommand数组后的字符串的地址——的指针数组argv
3. 父进程等待子进程

2.程序设计细节

1. fork函数：

2. execvp函数： 由于我们用到了指针数组argv，所以用exec系列的vp尾缀，execvp ， 表示v（vector）数组，p（可以使用环境变量PATH，无需写全路径）

3. waitpid函数：不关心后续操作，status参数设置成NULL，options参数设置成0

int execute(char *argv[])
{
    pid_t id = fork();
    if(id < 0) return -1;
    else if(id == 0) //child
    {
        // exec command
        execvp(argv[0], argv); // cd ..
        exit(1);
    }
    else // father
    {
        int status = 0;
        pid_t rid = waitpid(id, NULL, 0);
    }
    return 0;
}