Linux C下实现简单的Shell

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【需求描述】

用各种C函数实现一个简单的交互式Shell：

1、给出提示符，让用户输入一行命令，识别程序名和参数并调用适当的exec函数执行程序，待执行完成后再次给出提示符。

2、识别和处理以下符号：简单的标准输入输出重定向（ <和>），先dup2然后exec。管道（|）： Shell进程先调用pipe创建一对管道描述符，然后fork出两个子进程，一个子进程关闭读端，调用dup2把写端赋给标准输出，另一个子进程关闭写端，调用dup2把读端赋给标准输入，两个子进程分别调用exec执行程序，而Shell进程把管道的两端都关闭，调用wait等待两个子进程终止。程序应该可以处理以下命令：
○ls△-l△-R○>○file1○
○cat○<○file1○|○wc△-c○>○file1○
○表示零个或多个空格，△表示一个或多个空格

 

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一、结构定义

       用户输入一行命令，将分解后的命令存放在arg中，最多10个。之所以定义输入、输出重定向文件名是为了方便使用。还要余外处理重定向和管道问题。必须创建子进程（有多少命令就有多少个子进程），然后调用exec函数族。

typedef struct command
{char *arg[SHELL_CMD_MAX_LENGTH]; // 命令行参数，最多10个参数char *input_file; // 存放输入重定向的文件名char *output_file; // 存放输出重定向的文件名
} cmd_t;<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);"> </span>

二、接口定义

管道处理用strtok_r()函数，重定向处理使用strtok()函数，仔细研究一下他们的区别。

1、管道个数【管道的个数 =（命令个数– 1）】

static uint8_t shell_parse_pipe(char *data, cmd_tcmd[]);

2、重定向

static uint8_t shell_parse_cmd_line(char *data,cmd_t *cmd);

填充命令结构体中的各个成员，输入输出填充input_file,output_file成员，命令填充arg成员。命令成员的最后一个字符指向NULL。

3、内建命令的单独处理 --- cd【内建命令都需要一个个处理 --- 如type cd查看命令是内建还是外部shell】

int shell_cd_command(char *command, char *path);

 

/*
只能处理外部命令，内建命令不能处理，内建命令要一个一个单独实现
type命令可以查看命令是外部命令还是内建命令:type cd // 是shell的内建
*/#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>#define SHELL_CMD_MAX_COUNT        10
#define SHELL_CMD_MAX_LENGTH       20
#define SHELL_IN_OUT_FILE_MAX_SIZE 20
#define SHELL_BUFFER               64
#define SHELL_PIPE_MAX_COUNT       10
#define SHELL_PIPE_READ_WRITE      2typedef unsigned int uint32_t;
typedef unsigned char uint8_t;typedef struct command
{char *arg[SHELL_CMD_MAX_LENGTH]; // 命令行参数，最多10个参数char *input_file; // 存放输入重定向的文件名char *output_file; // 存放输出重定向的文件名
} cmd_t;/* 以空格符分开命令行字符串 */
static uint8_t
shell_parse_cmd_line(char *data, cmd_t *cmd)
{uint32_t i = 0;cmd->input_file = NULL;cmd->output_file = NULL;char *token = strtok(data, " ");while(token){/*如果>后面有空格，那么执行完strtok后，空格被替换成'\0',*(p+1)就是'\0'，为假，不执行cmd_buf->out=p+1*//*如果>后面没有空格，那么执行完strtok后，>符号被替换成'\0'了，直接调用strtok函数*/if(*token == '>'){if(*(token + 1)){cmd->output_file = token + 1;}else{cmd->output_file = strtok(NULL, " ");}}else if(*token == '<'){if(*(token + 1)){cmd->input_file = token + 1;}else{cmd->input_file = strtok(NULL, " ");}}else{printf("token....\n");/*如果获取的命令行参数不是>或者<,那么就将它们保存在arg中*/cmd->arg[i++] = token;}token = strtok(NULL, " ");}cmd->arg[i] = NULL;return 0;
}/* 以管道符分开命令行字符串 */
static uint8_t
shell_parse_pipe(char *data, cmd_t cmd[])
{uint8_t count = 0;char *temp;char *token = strtok_r(data, "|",  &temp);while(token){/*以管道符分开的第一个字符串存放在结构数组cmd[0]中，第二个字符串存放在结构数组cmd[1]中，依次递推*/shell_parse_cmd_line(token, &cmd[count++]);token = strtok_r(NULL, "|", &temp);}return count;
}/* cd内部命令 */
int shell_cd_command(char *command, char *path)
{int return_value = 0;if(strncmp(command, "cd", 2) == 0)if((return_value = chdir(path)) < 0){perror("chdir");}return return_value;
}static void
shell_process(void)
{char cmd_buf[SHELL_BUFFER], pathname[SHELL_BUFFER];cmd_t cmds[SHELL_CMD_MAX_COUNT];pid_t pid; // 进程pid/* 输入输出重定向文件描述符, 管道个数, 10个管道描述符, 管道分隔的命令个数*/uint8_t fd_in, fd_out, pipe_num, pipe_fd[SHELL_PIPE_MAX_COUNT][SHELL_PIPE_READ_WRITE], cmd_num = 0;uint8_t i = 0, j = 0;while(1){memset(pathname, 0, sizeof(pathname));getcwd(pathname, sizeof(pathname)); /* 获取当前工作路径 */printf("[libang--%s--]$", pathname);fflush(stdout); /* 刷新缓冲区，这连续四行只是为了显示好看而已，不要也可以 */memset(cmd_buf, 0, sizeof(cmd_buf));fgets(cmd_buf, sizeof(cmd_buf), stdin);cmd_buf[strlen(cmd_buf) - 1] = '\0'; // 获取输入的命令到cmd_bufcmd_num = shell_parse_pipe(cmd_buf, cmds);shell_cd_command(cmds[0].arg[0], cmds[0].arg[1]); // 处理cd内建命令pipe_num = cmd_num - 1;if(pipe_num > SHELL_PIPE_MAX_COUNT){continue;}/* 一个管道有in和out， 创建pipe_num个管道 */for(i = 0; i < pipe_num; ++i){pipe(pipe_fd[i]);}/* 这一轮循环，创建了pipe_num+1个进程，其中一个父进程，pipe_num个子进程 */for(i = 0; i < cmd_num; ++i){if((pid = fork()) < 0){printf("fork fail!\n");exit(1);}if(pid == 0){break;}}/* 有多少个命令就会执行多少个子进程，最终调用exec函数族 */if(pid == 0){/* 上面循环中，子进程break，所以执行下面的语句，此时i就和循环变量i一样 */if(cmds[i].input_file){/* 重定向输入 */if((fd_in = open(cmds[i].input_file, O_RDONLY)) < 0){perror("open fail!\n");}dup2(fd_in, STDIN_FILENO);close(fd_in);}if(cmds[i].output_file){/* 重定向输出 */if((fd_out = open(cmds[i].output_file, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC), 0644) < 0){perror("open fail!\n");}dup2(fd_out, STDOUT_FILENO);close(fd_out);}/* 管道是进程间通信的一种方式，输入命令中有管道 */if(pipe_num){/* 第一个子进程，读入写出，关闭读端，把标准输出重定向到写端*/if(0 == i){close(pipe_fd[i][0]);dup2(pipe_fd[i][1], STDOUT_FILENO); // 本来执行结果是在标准输出上close(pipe_fd[i][1]);/* 关闭掉多余的管道 */for(j = 1; j < pipe_num; ++j){close(pipe_fd[j][0]);close(pipe_fd[j][1]);}}/* 最后一个子进程，关闭写端，把标准输入重定向到读端 */else if(pipe_num == i){close(pipe_fd[i - 1][0]);dup2(pipe_fd[i - 1][0], STDIN_FILENO);close(pipe_fd[i - 1][0]);/* 关闭掉多余的管道读写端 */for(j = 0; j < pipe_num - 1; ++j){close(pipe_fd[j][0]);close(pipe_fd[j][1]);}}/* 1~pipe_num-1, */else{dup2(pipe_fd[i - 1][0], STDIN_FILENO);close(pipe_fd[i - 1][0]);dup2(pipe_fd[i][1], STDOUT_FILENO);close(pipe_fd[i][1]);for(j = 0; j < pipe_num; ++j){if((j != i - 1) || j != i){close(pipe_fd[j][0]);close(pipe_fd[j][1]);}}}}/* arg第1个参数是命令，后面的参数是命令选项如:-l */execvp(cmds[i].arg[0], cmds[i].arg);}else // 父进程阻塞{for(i = 0; i < pipe_num; ++i){close(pipe_fd[i][0]);close(pipe_fd[i][1]);}for(i = 0; i < cmd_num; ++i){wait(NULL);}}}
}int main(int argc, char **argv)
{shell_process();return 0;
}