demo xshell (程序替换 工作目录 内建命令)

1.程序替换

在学习完一些列的进程替换接口之后我们大概就能知道，我们的环境变量以及命令行参数是如何传递给子进程的，这些参数是我们在调用进程替换时就传给了子进程的数据。

那么如果我们自己要实现一个简单的命令行解释器，我们是不是首先就需要对命令行的参数进行解析？ 命令行参数的解析我们首先需要获取一行字符串，然后以空格为间隔将字符串拆分为程序名和选项。

     #include<stdio.h>#include<assert.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>char stringArg[1024]; //获取命令行输入char* argv[32]; //拆解后的命令行参数数组int main(){stringArg[1023]=0;//printf("%s\n",getenv("HOST"));while(1){memset(stringArg,0,1024); //全部初始化\0 ，便于计算长度memset(argv,0,32*sizeof(char*));//全部初始化为NULL，命令行数组的结尾必须是NULL//打印一行提示信息   用户名@主机名 当前路径$printf("[%s@ %s %s]$ ",getenv("USER"),getenv("HOSTNAME"),getenv("PWD")); //不换行fflush(stdout);   //将提示信息打印出来//获取字符串   要读空格，不能用 scanf ，使用fgetsfgets(stringArg,1023,stdin);stringArg[strlen(stringArg)-1]=0; //将最后的 \n 换成 \0 if(strlen(stringArg)==0){//什么也没输入continue;}//拆解字符串 strtokint i=0;argv[i++]=strtok(stringArg," ");while(argv[i++]=strtok(NULL," ")); //最后一次当字符串结束再使用strtok，会返回NULL,刚好作为循环结束条件#ifdef _DEBUG_ARGV//测试切割功能char**p=argv;while(*p)printf("%s ",*p++);printf("\n");#endif}return 0;}

切割字符串的工作可以直接使用 strtok 函数来完成。

完成切割字符串的工作之后，我们就可以将该命令行数组用于程序替换的参数了，这是最基础的shell。

    //程序替换pid_t id=fork();if(id<0){perror("fork failed");exit(1);}if(id==0){//程序替换execvp(argv[0],argv);//如果替换失败则会执行下面的代码perror("execvp failed");exit(1);}//父进程等待回收僵尸int status=0;waitpid(id,&status,0);if(WIFEXITED(status))//正常退出{if(WEXITSTATUS(status))//退出码不为0 {printf("运行成功，退出码为 :%d\n",  WEXITSTATUS(status));}}else//异常终止{printf("%s\n",strerror(errno));}

2.进程工作目录

在上面的代码实现下还有很多的小问题,比如我们使用cd命令的时候并不能切换目录，这是为什么呢？

要理解这个问题，首先我们需要知道一个概念：进程的工作目录

当我们启动一个进程时，我们打开进程目录 /proc，找到我们的进程，然后进到我们进程的目录中，我们能够看到两个特殊的东西

exe就是我们的二进制可执行程序的位置，这个我们很好理解，而cwd是一串路径，这就是进程的工作目录，当我们启动一个进程时，一般是我们在哪个路径下启动的这个进程，工作路径就是当前所在路径。我们可以在其他路径下降这个程序跑起来观察一下。

当我们在上一级目录下将该程序跑起来，进程的工作目录就变成了执行运行命令时所在的路径，这就是进程的工作路径。

那么进程工作路径可以修改吗？

在命令行中，我们的cd命令就是修改进程工作路径的，也就是我们的shell的工作路径，所以我们经常能够通过cd命令进入不同的路径，我们的环境变量PWD其实严格上来说就是当前进程工作路径。 而在程序中，我们可以使用 chdir 来更改工作目录，

到了这里，我们就能知道为什么我们的shell的cd命令不起作用了 ，因为我们是通过创建子进程然后进行程序替换执行的cd命令，那么修改的就是子进程的工作目录，而子进程工作目录被修改时，发生写时拷贝，不会影响父进程。而我们pwd查的是父进程的工作目录，所以我们的cd命令其实不应该让子进程执行，而是由我们的父进程自己执行，因为cd命令要修改的是我们当前进程也就是父进程的工作目录。 

像这种不需要创建子进程来执行的，而是让shell自己执行的命令，叫做内建命令或者内置命令

比如我们前面提到的 echo 命令也是一个内建命令，这就是他为什么能够显示本地变量的原因，因为他不是通过创建子进程来执行的，而是shell自己执行。

如何模拟实现cd命令呢？ 其实也很简单，在创建子进程之前判断一下  命令的第一个字串是否为 cd，如果是 cd ，我们就直接使用chdir来更换工作目录。同时我们还要判断一下是否切换成功。

            //内建命令if(strcmp("cd",argv[0])==0)  //cd{const char*changepath=argv[1];int ret=chdir(changepath);if(ret==-1){                                                                                                                                                                                               printf("%s\n",strerror(errno));}continue; }

而如果是echo目录，我们也是直接在当前目录下执行，而是直接在父进程打印。但是echo还有一个问题，就是空格我们输入的内容，也需要打印，所以我们需要在切割第一个字串串之后判断是否为echo，如果为echo，后续就先不切割了，然后再判断是否有 $ 符号，也就是在stringArg[5]是否为$ ,如果为$ ,则需要去找我们的变量列表中的变量来打印。但是我们这里只支持环境变量就够了，其他的实现起来太复杂。

3.重定向

重定向的符号无非就是 >  >> <  ,而且不会出现在第一个子串上，所以只需要在将第一个基础命令切割出来之后，判断一下是否有重定向的符。判断完之后将重定向符号变为空格，以便切割。

同时，重定向只能在子进程中去替换 fd ，也就是在程序替换之前替换，防止父进程也被替换了

            //判断是否有重定向int j=0;for(j=0;j<strlen(stringArg);++j){if(stringArg[j]=='<'){//输入重定向MODE=CHANGEIN;stringArg[j]='\0';filename=&stringArg[j+1];break;}else if(stringArg[j]=='>'){stringArg[j]='\0';if(stringArg[j+1]=='>'){j++;MODE=CHANGEAPPEND;stringArg[j]='\0';filename=&stringArg[j+1];break;}else{MODE=CHANGEOUT;filename=&stringArg[j+1];break;}}}

                  if(id==0){//先检查是否有重定向if(MODE==CHANGEOUT){int fd=open(filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);dup2(fd,1);}if(MODE==CHANGEIN){int fd=open(filename,O_RDONLY);dup2(fd,0);}if(MODE==CHANGEAPPEND){int fd = open(filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);dup2(fd,1);}//程序替换execvp(argv[0],argv);//如果替换失败则会执行下面的代码perror("execvp failed");exit(1);}

为什么要把重定向符号设置为 \0 呢？因为我们不想要在切割字串的时候还将后面的文件名也切割进去，我们默认这些符号后面就是目标的文件名了。

完整代码

      #include<stdio.h>2 #include<assert.h>3 #include<string.h>4 #include<stdlib.h>5 #include<unistd.h>6 #include<sys/types.h>7 #include<sys/wait.h>8 #include<errno.h>9 #include<sys/stat.h>10 #include<fcntl.h>11 12 13 char stringArg[1024]; //获取命令行输入14 char* argv[32]; //拆解后的命令行参数数组15 #define CHANGEOUT 1  //输出重定向16 #define CHANGEIN 2  //输入重定向17 #define CHANGEAPPEND 4  //追加重定向18 char*filename; //重定向的目标文件19 int MODE;  //记录是否重定向20 21 22 int main()23 {24     stringArg[1023]=0;25     //printf("%s\n",getenv("HOST"));26 27     while(1)28     {  29         //重置errno30         errno=0;31         MODE =0 ;32 33         //获取字符串提取命令行34 35         memset(stringArg,0,1024); //全部初始化\0 ，便于计算长度36         memset(argv,0,32*sizeof(char*));37         //打印一行提示信息   用户名@主机名 当前路径$38         printf("[%s@ %s %s]$ ",getenv("USER"),getenv("HOSTNAME"),getenv("PWD"));   //不换行39         fflush(stdout);   //将提示信息打印出来40         //获取字符串   要读空格，不能用 scanf ，使用fgets41         fgets(stringArg,1023,stdin);42         stringArg[strlen(stringArg)-1]=0; //将最后的 \n 换成 \0 43         if(strlen(stringArg)==0)44         {45             //什么也没输入46             continue;47         }48         49         //判断是否有重定向50         int j=0; for(j=0;j<strlen(stringArg);++j)                                                                                                                                                                    52         {53             if(stringArg[j]=='<')54             {55                 //输入重定向56                 MODE=CHANGEIN;57                 stringArg[j]='\0';58                 filename=&stringArg[j+1];59                 break;60             }61             else if(stringArg[j]=='>')62             {63                 stringArg[j]='\0';64                 if(stringArg[j+1]=='>')65                 {66                     j++;67                     MODE=CHANGEAPPEND;68                     stringArg[j]='\0';69                     filename=&stringArg[j+1];70                     break;71                 }72                 else73                 {74                     MODE=CHANGEOUT;75                     filename=&stringArg[j+1];76                     break;77                 }78             }79         }80 81         //拆解字符串 strtok82         int i=0;83         argv[i++]=strtok(stringArg," ");84         if(strcmp("echo",argv[0])==0&&MODE==0) //echo85         {86             //检查$87             if(stringArg[5]=='$')88             {89                 //只考虑环境变量90                 printf("%s\n",getenv(&stringArg[6]));91             }92             else93                 printf("%s\n",&stringArg[5]);94             continue;95         }
W> 96         while(argv[i++]=strtok(NULL," ")); //最后一次当字符串结束再使用strtok，会返回NULL,刚好作为结束条件以及命令行参数数组的结尾NULL97        98 99         //内建命令100         if(strcmp("cd",argv[0])==0)  //cd{102             const char*changepath=argv[1];                                                                                                                                                                  103             int ret=chdir(changepath);104             if(ret==-1)105             {106                 printf("%s\n",strerror(errno));107             }108             continue; 109             110         }111 112         //程序替换113         else114         {115             pid_t id=fork();116          117              if(id<0)118              {119                  perror("fork failed");120                  exit(1);121              }122              if(id==0)123              {124             //先检查是否有重定向125             if(MODE==CHANGEOUT)126             {127                 int fd=open(filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);128                 dup2(fd,1);129             }130             if(MODE==CHANGEIN)131             {132                 int fd=open(filename,O_RDONLY);133                 dup2(fd,0);134             }135             if(MODE==CHANGEAPPEND)136             {137                 int fd = open(filename,O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);138                 dup2(fd,1);139             }140                  //程序替换141                  execvp(argv[0],argv);142                  //如果替换失败则会执行下面的代码143                  perror("execvp failed");144                  exit(1);145              }146 147              //父进程等待回收僵尸148              int status=0;149              waitpid(id,&status,0);150              if(WIFEXITED(status))//正常退出{152                  if(WEXITSTATUS(status))//退出码不为0 153                  {154                      printf("运行成功，退出码为 :%d\n",  WEXITSTATUS(status));155                  }156              }157              else//异常终止158              {159                  printf("%s\n",strerror(errno));160              }161         }162 163 164 #ifdef _DEBUG_ARGV//测试切割功能165         char**p=argv;166         while(*p)167             printf("%s ",*p++);168         printf("\n");169 #endif170     }171 172 173     return 0;174 }

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