深入解析：Linux 学习-模拟实现【简易版bash】
1、bash本质
在模拟实现前，先得了解 bash 的本质
bash 也是一个进程，并且是不断运行中的进程
证明：常显示的命令输入提示符就是 bash 不断打印输出的结果
输入指令后，bash 会创建子进程，并进行程序替换
证明：运行自己写的程序后，可以看到当前进程的 父进程 为 bash
此时可以断定神秘的 bash 就是一个运行中的进程，因为进程间具有独立性，因此可以同时存在多个 bash，这也是多用户登录 Linux 可以同时使用 bash 的重要原因
系统自带的 bash 是一个庞然大物，我们只需根据其本质，实现一个简易版 bash 就行了
2、需求分析
bash 需要帮我们完成命令解释+程序替换的任务，因此它至少要具备以下功能：
- 接收指令（字符串）
- 对指令进行分割，构成有效信息
- 创建子进程，执行进程替换
- 子进程运行结束后，父进程回收僵尸进程
- 输入特殊指令时的处理
3、核心内容
核心内容主要为 读取、切割、替换 这三部分，逐一实现，首先从指令读取开始
3.1、指令读取
读取指令前，首先要清楚待读取命令可能有多长
- 常见命令如
ls -a -l长度不超过10 - 为了避免极端情况，这里预设命令最大长度为
1024 - 使用数组进行指令存储（缓冲区）
char commandline[1024];//命令行考虑什么是指令？如何读取指令？
Linux中的大部分指令由指令 [选项]构成，在指令和[选择]间有空格- 常规的
scanf无法正常读取指令，因为空格会触发输入缓冲区刷新 - 这里主要使用
fgets逐行读取，可以读取到空格
void interact(char* cline,int size)//输出命令行 { getpwd(); printf("[%s@%s%s]# " ,getusrname(),gethostname(),pwd); char *s=fgets(cline,size,stdin);//输入指令，有可能什么也没有输入直接回车 assert(s); (void)s; //”abcd\n\0" cline[strlen(cline)-1]='\0';//原来\n，在输入的时候也会加入到字符串中; checkdir(cline);//检查重定向 } 注意： 可能存在读取失败的情况，assert 断言解决；因为 fgets 也会把最后的 '\n' 读进去，为了避免出错，手动置为 '\0';
3.2、指令分割
获得指令后，就需要将指令进行分割
为何要分割指令？
- 程序替换时，需要使用
argv表，这张表由指令、选项、NULL构成 - 利用指令间的空格进行分割
如何分割指令？
C语言提供了字符串分割函数strtok，可以直接使用- 当然也可以手动实现分割
指令分割后呢？
- 将分割好的指令段，依次存入
argv表中，供后续程序替换使用 argv表实际为一个指针数组，可以存储字符串
如 command 一样，表 argv 也需要考虑大小，这里设置为 64，实际使用时也就分割为四五个指令段
strtok是 C 语言中的一个字符串处理函数，用于将一个字符串分割成多个子字符串（tokens）。该函数定义在string.h头文件中。strtok通常用于解析由分隔符（如空格、逗号等）分隔的字符串。函数原型：
char *strtok(char *str, const char *delim);参数说明：
str：要分割的字符串。在第一次调用时，传入需要分割的原始字符串，之后的调用则传入NULL，以继续分割上次strtok返回的部分。
delim：一个包含所有分隔符字符的字符串。例如，如果分隔符是空格和逗号，delim可以是" ,"。返回值：
成功：返回指向分割出的子字符串的指针（tokens）。子字符串会从原始字符串中分割出来，并且这个分割后的子字符串是原始字符串的一部分，它们将共享内存空间。
失败：如果没有更多的子字符串可供提取，
strtok返回NULL。使用说明：
第一次调用：传入待分割的字符串。
后续调用：每次调用时，传入
NULL以继续分割上次strtok返回的部分，直到没有更多的子字符串为止（返回NULL）。
#define DEF_CHAR " " //预设分割项，需为字符串 void split(char* argv[ARGV_SIZE], char* ps){ assert(argv && ps); //调用 C语言 中的 strtok 函数分割字符串 int pos = 0; argv[pos++] = strtok(ps, DEF_CHAR); //有空格就分割 while(argv[pos++] = strtok(NULL, DEF_CHAR)); //不断分割 argv[pos] = NULL; //确保安全}注意： 指令分割结束后，需要在添加 argv 表结尾 NULL
3.3、程序替换
获得实际可用的 argv 表后，就可以开始子进程程序替换操作了
这里使用的是函数 execvp，理由：
v表示vector，正好和我们的argv表对应p为path，可以根据argv[0]（指令），在PATH中寻找该程序并替换
当然也可以使用 execve 系统级替换函数
//子进程进行程序替换pid_t id = fork();if(id == 0){ //直接执行程序替换，这里使用 execvp execvp(argv[0], argv); exit(168); //替换失败后返回}注意： 程序替换成功后，exit(168) 语句不会执行.
4、特殊情况处理
对特殊情况进行处理，使 myBash 更加完善
4.1、ls 显示高亮
系统中的 bash 在面对 ls 等文件显示指令时，不仅会显示内容，还会将特殊文件做颜色高亮处理，比如在我的环境下，可执行文件显示为绿色
实现原理
- 在指令结尾加上
--color=auto语句，即可实现高亮
处理这个问题很简单，在指令分割结束后，判断是否为 ls，如果是，就在argv表后尾插入语句--color=auto即可
//特殊处理//颜色高亮处理，识别是否为 ls 指令if(strcmp(argv[0], "ls") == 0){ int pos = 0; while(argv[pos++]); //找到尾 argv[pos - 1] = (char*)"--color=auto"; //添加此字段 argv[pos] = NULL; //结新尾}
注意：
- 因为
argv表中的元素类型为char*，所以在尾插语句时，需要进行类型转换 - 尾插语句后，需要再次添加结尾，确保安全
4.2、内建命令
内建命令是比较特殊的命令，不同于普通命令直接进行程序替换，内建命令需要进行特殊处理，比如 cd 命令调用系统级接口 chdir 让 父进程(myBash) 进行目录间的移动
5.3、cd
首先实现不同目录间的切换
切换的本质：令当前 bash 移动至另一个目录下，不能直接使用 子进程 ，因为需要移动的是 父进程(bash)
对于当前的 myBash 来说，cd 没有丝毫效果，因为此时 指令会被拆分后交给子进程处理，这个方向本身就是错误的
特殊情况特殊处理，同 ls 高亮一样，对指令进行识别，如果识别到 cd 命令，就直接调用 chdir 函数令当前进程 myBash 移动至指定目录即可（不必再创建子进程进行替换）
//目录间移动处理if(strcmp(argv[0], "cd") == 0){ //直接调用接口，然后 continue 不再执行后续代码 if(strcmp(argv[1], "~") == 0) chdir("/home"); //回到家目录 else if(strcmp(argv[1], "-") == 0) chdir(getenv("OLDPWD")); else if(argv[1]) chdir(argv[1]); //argv[1] 中就是路径 continue; //终止此次循环}4.3、export
当添加环境变量时，环境变量具有全局属性，需要持久存在，所以要定义一个全局的数组存储环境变量的值。myenv 是一个全局的数组。
strcpy(myenv[count],_argv[1]);putenv(myenv[count++]);4.4、重定向
重定向的本质：关闭默认输出/输入流，打开新的文件流，从其中写入/读取数据
重定向的三种情况：
echo 字符串 > 文件向文件中写入数据，写入前会先清空内容echo 字符串 >> 文件向文件中追加数据，追加前不会先清空内容可执行程序 < 文件从文件中读取数据给可执行程序
所以实现重定向的关键在于判断指令中是否含有 >、>>、< 这三个字符，如果有，就具体问题具体分析，完成重定向
具体实现步骤：
- 判断字符串中是否含有目标字符，如果有，就置当前位置为
'\0‘，其后半部分不参与指令分割 - 后半部分就是文件名，在打开文件时需要使用
- 根据不同的字符，设置不同的标记位，用于判断打开文件的方式（只写、追加、只读）
- 判断是否需要进行重定向，如果需要，在子进程创建后，打开目标文件，并调用
dup2函数进行标准流的替换
open 函数的打开选项
O_RDONLY //只读O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC //只写O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND //追加 标准流交换函数 dup2
//给参数1传打开文件后的文件描述符，给参数2传递待关闭的标准流//读取：关闭0号流//写入、追加：关闭1号流int dup2(int oldfd, int newfd);void checkdir(char * cmd) 48 { 49 char *pos =cmd; 50 while(*pos) 51 { 52 if(*pos=='>') 53 { 54 if(*(pos+1)=='>')//'>>' 55 { 56 *(pos++)='\0'; 57 *(pos++)='\0'; 58 while(*pos==' ') pos++; 59 60 rdirfilename=pos; 61 rdir = APPEND_RDIR; 62 break; 63 } 64 else //'>' 65 { 66 *(pos++)='\0'; 67 while(*pos==' ') pos++; 68 rdirfilename=pos; 69 rdir=OUT_RDIR; 70 } 72 } 73 else if(*pos=='<') 74 { 75 *pos='\0'; 76 pos++; 77 while(*pos==' ') pos++; 78 79 rdirfilename=pos; 80 rdir=IN_RDIR; 81 break; 82 } 83 else{} 84 85 pos++; 86 } 87 88 }5.源码：好好理解
#include#include#include#include#include#include#include#include #include #include extern char** environ; #define NONE -1#define IN_RDIR 0 //输入#define OUT_RDIR 1//stdout#define APPEND_RDIR 2//stderr char commandline[1024];//命令行char *argv[32];//参数表char pwd[1024];//路径长char myenv[10][10];//环境变量表int count=0;int lastcode=0;//退出码 char * rdirfilename=NULL; //重定向的文件int rdir =NONE; const char* getusrname(){ const char* str=getenv("USER"); return str;} const char* gethostname(){ return getenv("HOSTNAME");} void getpwd(){ getcwd(pwd,sizeof(pwd));//是一个接口函数，将路径写到pwd里面} void checkdir(char * cmd){ char *pos =cmd; while(*pos) { if(*pos=='>') { if(*(pos+1)=='>')//'>>' { *(pos++)='\0'; *(pos++)='\0'; while(*pos==' ') pos++; rdirfilename=pos; rdir = APPEND_RDIR; break; } else //'>' { *(pos++)='\0'; while(*pos==' ') pos++; rdirfilename=pos; rdir=OUT_RDIR; } } else if(*pos=='<') { *pos='\0'; pos++; while(*pos==' ') pos++; rdirfilename=pos; rdir=IN_RDIR; break; } else{} pos++; } } void interact(char* cline,int size)//输出命令行{ getpwd(); printf("[%s@%s%s]# " ,getusrname(),gethostname(),pwd); char *s=fgets(cline,size,stdin);//输入指令，有可能什么也没有输入直接回车 assert(s); (void)s; //”abcd\n\0" cline[strlen(cline)-1]='\0';//原来\n，在输入的时候也会加入到字符串中; checkdir(cline);//检查重定向} int splitstring(char * cline,char *_argv[]){ int i=0; argv[i++]=strtok(cline," ");//字符串分割 while(_argv[i++]=strtok(NULL," "));//如果截取失败就会返回NULL,正好是参数表尾; return i-1; //含回指令的参数个数。NULL不算} int buildCommand(char*_argv[],int _argc){ if(_argc==2&&strcmp(_argv[0],"cd")==0) { chdir(argv[1]);//改变当前进程的路径，但是并不影响环境变量当中的路径 getpwd(); sprintf(getenv("PWD"),"%s",pwd); return 1; } else if(_argc==2&&strcmp(_argv[0],"export")==0) { strcpy(myenv[count],_argv[1]); putenv(myenv[count++]); return 1; } else if(_argc==2&&strcmp(_argv[0],"echo")==0) { if(strcmp(_argv[1],"$?")==0) { printf("%d\n",lastcode); lastcode=0;//查看完后置为0; } else if(*_argv[1]=='$') { char* val=getenv(_argv[1]+1); if(val) printf("%s\n",val); } else printf("%s\n",_argv[1]); return 1; } if(strcmp(_argv[0],"ls")==0) { _argv[_argc++]="--color=auto"; _argv[_argc]=NULL; // return 1; } return 0;} void NormalExcute(char* _argv[]) { pid_t id=fork(); if(id<0) { perror("fork"); return ; } else if(id==0) { int fd=0; if(rdir==IN_RDIR) { fd=open(rdirfilename,O_RDONLY); dup2(fd ,0); } else if(rdir==OUT_RDIR) { fd=open(rdirfilename,O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666); dup2(fd,1); } else if(rdir==APPEND_RDIR) { fd=open(rdirfilename, O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0666); dup2(fd,1); } execvp(_argv[0],_argv); exit(1); } else { int status=0; pid_t rid=waitpid(id,&status,0); //正常含回子进程的PID if(rid==id) { lastcode=WEXITSTATUS(status); } }} int main(){ while(1) { rdirfilename=NULL; rdir=NONE; interact(commandline,sizeof(commandline)); int argc=splitstring(commandline,argv); if(argc==0) continue; //for(int i=0;i
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