深入了解linux系統—— 自定義shell

shell的原理

我們知道，我們程序啟動時創建的進程，它的父進程都是bash也就是shell命令行解釋器；

那bash都做了哪些工作呢？

根據已有的知識，我們可以簡單理解為：

  1. 輸出命令行提示符
  2. 獲取并解析我們輸入的指令
  3. 執行內建命令或者創建子進程執行命令

在這里插入圖片描述

就如下圖所示，bash讀取我們輸入的命令，并進行解析；然后創建子進程執行命令（bash等待子進程退出）。

在這里插入圖片描述

自定義shell實現

根據上述bash的工作原理，我們現在實現一個簡單的自定義shell；

要想實現一個自定義shell，我們就要執行以下過程：

  • 獲取命令行
  • 解析命令行
  • 創建子進程，讓子進程執行命令（使用程序替換）
  • shell等待子進程退出

當然，還存在一部分內建命令，它是由bash自主實現的；我們要進行特殊處理；

1. 輸出命令行提示符

在實現自定義shell之前，我們來看

在這里插入圖片描述

我們的bash在每次都會輸出命令行提示符，然后等待我們用戶輸入；

看這個命令行提示符，它包含以下信息：

  • 用戶名USER；
  • 主機名HOSTNAME；
  • 當前工作路徑PWD；

這些在我們的環境變量表中都能夠找到，所以我們就可以使用getenv來獲取。

在這里插入圖片描述

所以這個就非常容易實現了，直接按照格式輸出即可；

這樣我們需要獲取環境變量USER、HOSTNAME、PWD等；

但是我們會發現bash輸出的命令行提示符中的當前工作路徑只有當前文件，而我們通過環境變量PWD獲取的是當前工作目錄的絕對路徑，所以我們這里要進行一下分割；

詳細代碼如下：

//命令行提示符格式
#define CLP "[%s@%s %s]#"
//命令行提示符的最大長度
#define MAX_CLP 100
//獲取環境變量
const char* GetUser(){return getenv("USER");
}
const char* GetHostName(){return getenv("HOSTNAME");
}
const char* GetPwd()
{return getenv("PWD");
}
//分割路徑
//"/home/lxb/linux/MYSHELL" --> "MYSHELL"
string DirPwd(char s[])
{
#define SLASH "/"string str = s;if(str == SLASH) return str;                                                                       auto pos = str.rfind(SLASH);if(pos == std::string::npos) return "err";return str.substr(pos+1);
}         
//生成命令行提示符
void CommandLinePrompt(char buffer[])
{sprintf(buffer,CLP,GetUser(),GetHostName(),DirPwd(GetPwd());
}
//輸出命令行提示符
void PrintCommandPrompt()
{char buffer[100];CommandLinePrompt(buffer);printf("%s",buffer);fflush(stdout);
}

在這里插入圖片描述

2. 獲取用戶輸入的信息

輸出了命令行提示符，接下來就要獲取用戶輸入的信息了，也就是輸入的命令；

在這里插入圖片描述

在用戶輸入時，是會輸入空格的，所以這里我們不能使用scanf/cin進行輸入；我們要使用fgets進行輸入。

而也可能存在只輸入一個回車的情況，所以我們要進行特殊判斷：當只輸入一個回車時就再次輸出命令行提示符，然后等待用戶輸入。

輸入：

//命令行信息最大長度    
#define MAX_COMLINE 1024
char* GetCommandLine(char buff[]){char* c = fgets(buff,MAX_COMLINE,stdin);buff[strlen(buff)-1] = 0;//處理回車return c;
}

這里來測試一下輸出命令行提示符和獲取用戶輸入信息；

如果獲取用戶輸入信息成功，那就輸出獲取的輸入信息，如果失敗或者只輸入了一個回車就再次輸出命令行提示符，然后等待用戶輸入。

int main()
{while(1){//1. 輸出命令行提示符PrintCommandPrompt();//2. 獲取用戶輸入信息char buff[MAX_COMLINE];char* c = GetCommandLine(buff);if(c == NULL)//讀取用戶輸入信息失敗continue;if(strlen(buff) == 0)//只輸入了空格continue;printf("%s\n",buff);}return 0;
}

在這里插入圖片描述

3. 命令行解析

獲取了用戶輸入的信息，但是我們獲得的是一個字符串，而我們要想執行用戶輸入的命令，要先對這個字符串進行解析；生成對應的命令行參數表，才能夠去執行。

命令行參數個數g_argc，命令行參數表g_argv；我們可以設置成全局的，這樣每次通過修改argc和argv中最后一個指針為NULL即可。

這里，我們可以使用strtok函數進行分割命令行參數；

簡單描述一下strtok，在str字符串中查找sep字符串的內容，找到并將其修改成\0并返回指向這個字符串的指針。

在這里插入圖片描述

在分割完成之后，我們直接讓g_argv命令行參數表指向對應位置即可。

在這里插入圖片描述

#define MAX_ARGC 50
//命令行參數表
int g_argc;
char* g_argv[MAX_ARGC];
//解析命令行參數                                                               
//"ls -a -l"--> "ls" "-a" "-l"                                                      
void PrasCommandLine(char buff[]){                                  g_argc = 0;                                          const char* sep = " ";      for(g_argv[g_argc] = strtok(buff,sep);g_argv[g_argc] != NULL; g_argv[g_argc] = strtok(NULL,sep))    g_argc++;    
}

這里還是測試，命令行解析是否成功。

在這里插入圖片描述

4. 創建子進程執行命令

解析命令行，生成命令行參數表之后，現在就是去執行命令了；

我們的shell并不是自己去執行，而是創建子進程，然后讓子進程去執行命令，shell等待子進程退出。

void CreateChildExecute(){    int id = fork();    if(id < 0)    {    perror("fork");    exit(1);    }    else if (id == 0){    //child    execvp(g_argv[0],g_argv);    exit(2);    }    //parent    wait(NULL);    
}

這里我們使用的程序替換函數是execvp，我們有命令行參數表（數組），而且我們輸入的系統命令是不帶路徑的；

看一下運行效果：

在這里插入圖片描述

擴展部分

在上述描述中，簡單的shell運行就OK了；

但是上述我們沒有考慮內建命令、環境變量表等這些東西；

環境變量表

在bash啟動時，它的環境變量表從我們系統的配置文件中來，但是我們這里沒辦法從系統配置文件中讀；所以我們這里就只能從父進程bash獲取環境變量表；

這里即從bash中獲取環境變量；

但是拿到了環境變量表，進程中還是保存的來自父進程bash的環境變量；environ還是執行bash的環境變量表。

我們需要導出環境變量，使用putenv來導出環境變量；然后讓environ執行我們的環境遍歷表。

//環境變量表最大數量
#define MAX_GENV 500
int g_argc;
char* g_argv[MAX_GARGC];
//環境變量表
int g_envs;    
char* g_env[MAX_GENV];    
//導入環境變量    
void EnvInit(){      extern char** environ;    memset(g_env,0,sizeof(g_env));    g_envs = 0;                              //環境變量表要從系統文件中來             //這從bash中獲取    for(int i = 0;environ[i]!=NULL;i++){    g_env[i] = (char*) malloc(strlen(environ[i])+1);    if(g_env[i] == NULL){    perror("malloc");    exit(3);    }    strcpy(g_env[i], environ[i]);    g_envs++;    }    g_env[g_envs] = NULL;    //導出環境變量    for(int i = 0;i < g_envs;i++){    putenv(g_env[i]);    }    environ = g_env;                                                                                                                                                                              
}

在我們程序啟動時，從父進程bash獲取環境變量即可。

內建命令

內建命令，指bash不創建子進程去執行，而是bash自己去執行的命令；

我們現在知道內建命令有cd、export、echo等。

cd

cd命令，仔細想一想，肯定不會是子進程執行的；因為子進程執行它修改的是子進程的工作路徑。

我們要讓shell去執行cd命令，肯定不能使用程序替換了，我們可以使用chdir系統調用來修改當前工作路徑；

在這里插入圖片描述

cd命令：

  1. cd：會進入用戶的家目錄
  2. cd ~：進入用戶的家目錄
  3. cd where：進入指定路徑
  4. cd -：進入上次的工作路徑
void CD(){std::string oldpwd = getenv("PWD");std::string where;if(g_argc == 1){where = GetHome();if(where.empty()) return;chdir(where.c_str());                                                                                                                                                                     }else{where = g_argv[1];if(strcmp("-", g_argv[1]) == 0){where = getenv("OLDPWD");}else if(strcmp("~", g_argv[1]) == 0){where = GetHome();if(where.empty()) return;}chdir(where.c_str());//修改環境變量}
}

當然呢，這里存在一個問題，當我們cd -進入上次各種目錄時就會發現，它進入的一直都是同一個目錄；

因為我們這里沒有修改環境變量OLDPWD。

echo

echo命令也是內建命令，我們知道，echo $?可以查看最近一次進程退出時的退出碼；

但是在我們的shell中，如果讓子進程去執行echo $?，它則是直接輸出$?。

在這里插入圖片描述

echo $?，查看最近一次進程退出時的退出碼；而這些退出碼在哪里呢？

肯定不會在子進程中，那就在bash中了；

所以在我們的shell中，我們可以定義一個全局變量，每次執行一次命令就對其進行一次修改。

//最近一次進程退出時的退出碼
int last_code;
void Echo(){                                                      if(g_argc == 2){    std::string str = g_argv[1];    if(str == "$?"){    std::cout<<last_code<<std::endl;    }    else if(str[1] == '$'){    std::string env_name = str.substr(1);    const char* s = getenv(env_name.c_str());    if(s)    std::cout<<s<<std::endl;    }    else{    std::cout<<str<<std::endl;    }    }    
}

這里，設置了last_code，那在每次執行命令之后，都要進行更新last_code。

除此之外呢，還有非常多的內建命令，比如export、unset等；這里就不實現了。

別名alias

如果測試我們可以發現，bash支持ll，而我們的shell是不支持的；

我們知道ll是別名，所以如果想要我們shell支持別名，我們就要在shell中新增一張別名表；

然后維護這張別名表，就可以支持ll等指令的別名了。

這里就不實現了，可以使用unordered_map或者map來存儲這張別名表。

到這里本篇文章大致內容就結束了；

本篇文章自定義實現shell，幫助理解進程，以及bash是如何工作的

附源碼：

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <cstdbool>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string>
//命令行提示符格式
#define CLP "[%s@%s %s]# "
#define MAX_CLP 100
//命令行信息最大長度
#define MAX_COMLINE 1024
//命令行參數最大個數
#define MAX_GARGC 50
//環境變量表最大數量
#define MAX_GENV 500
int g_argc;
char* g_argv[MAX_GARGC];
//環境變量表
int g_envs;
char* g_env[MAX_GENV];
//最近一次進程退出時的退出碼
int last_code = 0;
//導入環境變量
void EnvInit(){extern char** environ;memset(g_env,0,sizeof(g_env));g_envs = 0;//環境變量表要從系統文件中來                                                                                                                                                                  //這從bash中獲取for(int i = 0;environ[i]!=NULL;i++){g_env[i] = (char*) malloc(strlen(environ[i])+1);if(g_env[i] == NULL){perror("malloc");exit(3);}strcpy(g_env[i], environ[i]);g_envs++;                                                                                                                                                                                 }g_env[g_envs] = NULL;//導出環境變量for(int i = 0;i < g_envs;i++){putenv(g_env[i]);}environ = g_env;
}
//獲取環境變量
char* GetUser(){return getenv("USER");
}
char* GetHostName(){return getenv("HOSTNAME");
}
//路徑切割
std::string DirPwd(const char s[])
{
#define SLASH "/"std::string str = s;if(str == SLASH) return str;auto pos = str.rfind(SLASH);if(pos == std::string::npos) return "err";return str.substr(pos+1);
}
const char* GetPwd()
{//return getenv("PWD");return DirPwd(getenv("PWD")).c_str();
}
const char* GetHome(){return getenv("HOME");                                                  
}
//生成命令行提示符
void CommandLinePrompt(char buffer[])
{sprintf(buffer,CLP,GetUser(),GetHostName(),GetPwd());//sprintf(buffer,CLP,GetUser(),GetHostName(),DirPwd(GetPwd()).c_str());
}
void PrintCommandPrompt()
{char buffer[100];CommandLinePrompt(buffer);printf("%s",buffer);fflush(stdout);
}
char* GetCommandLine(char buff[]){char* c = fgets(buff,MAX_COMLINE,stdin);buff[strlen(buff)-1] = 0;return c;
}
void PrasCommandLine(char* buff){g_argc = 0;const char* sep = " ";for(g_argv[g_argc] = strtok(buff,sep); g_argv[g_argc] != NULL; g_argv[g_argc] = strtok(NULL,sep)){g_argc++;}
}
void CreateChildExecute(){int id = fork();if(id < 0){perror("fork");exit(1);                                                                                                                                                                                  }else if (id == 0){//childexecvp(g_argv[0],g_argv);exit(2);}//parentint status = 0;int rid = wait(&status);if(rid > 0)last_code = WEXITSTATUS(status);
}
void Cd(){std::string oldpwd = getenv("PWD");std::string where;if(g_argc == 1){where = GetHome();if(where.empty()) return;                                                                                                                                                                 chdir(where.c_str());}else{where = g_argv[1];if(strcmp("-", g_argv[1]) == 0){where = getenv("OLDPWD");}else if(strcmp("~", g_argv[1]) == 0){where = GetHome();if(where.empty()) return;}chdir(where.c_str());//修改環境變量}//std::string old = std::string("OLDPWD=") + oldpwd;//char* arr = (char*)malloc(old.size()+1);//for(size_t i = 0;i<old.size();i++){//    arr[i] = old[i];//}//arr[old.size()] = 0;//putenv(arr);
}
void Echo(){if(g_argc == 2){                                                                                                                                                                              std::string str = g_argv[1];if(str == "$?"){std::cout<<last_code<<std::endl;}else if(str[1] == '$'){std::string env_name = str.substr(1);const char* s = getenv(env_name.c_str());if(s)std::cout<<s<<std::endl;}else{std::cout<<str<<std::endl;}}
}
//判斷內建命令
bool BinCommand(){std::string str = g_argv[0];if(str == "cd"){Cd();last_code = 0;return true;}else if(str == "echo"){Echo();last_code = 0;return true;}return false;            
}
void PrintArgv(){for(int i = 0;i < g_argc; i++){printf("g_argv[%d] : %s\n",i,g_argv[i]);}
}
void PrintEnv(){for(int i = 0; i < g_envs;i++){printf("g_env[%d] : %s\n",i,g_env[i]);}
}
int main()
{//獲取環境變量表EnvInit();//PrintEnv();while(1){                                                                                                                                                                                     //1. 輸出命令行提示符PrintCommandPrompt();//2. 獲取用戶輸入信息char buff[MAX_COMLINE];char* c = GetCommandLine(buff);if(c == NULL)//讀取用戶輸入信息失敗continue;if(strlen(buff) == 0)//只輸入了空格continue;//3. 命令行解析PrasCommandLine(buff);//4.內建命令if(BinCommand())continue;//5. 創建子進程執行命令CreateChildExecute();}return 0;
}

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安裝 Git # 更新包列表 sudo apt update# 安裝 Git sudo apt install git 驗證安裝 # 檢查 Git 版本 git --version 查看所有全局配置 git config --global --list 查看特定配置項 # 查看用戶名配置 git config --global user.name# 查看郵箱配置 git config --global u…
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OpenHarmony SystemUI開發——實現全局導航欄和狀態欄關閉

OpenHarmony SystemUI開發——實現全局導航欄和狀態欄關閉

在實際生產中&#xff0c;進場遇到需要關閉導航欄和狀態欄的需求&#xff0c;現分享解決辦法&#xff1a; 開發環境 OpenHarmony 5.0.0r 代碼分析 思路&#xff1a; launcher本身可以關閉 導航欄&#xff08;實際是 公共事件&#xff0c;發送消息給systemUI來實控制&#x…
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大模型微調終極方案：LoRA、QLoRA原理詳解與LLaMA-Factory、Xtuner實戰對比

大模型微調終極方案：LoRA、QLoRA原理詳解與LLaMA-Factory、Xtuner實戰對比

文章目錄 一、微調概述1.1 微調步驟1.2 微調場景 二、微調方法2.1 三種方法2.2 方法對比2.3 關鍵結論 三、微調技術3.1 微調依據3.2 LoRA3.2.1 原理3.2.2 示例 3.3 QLoRA3.4 適用場景 四、微調框架4.1 LLaMA-Factory4.2 Xtuner4.3 對比 一、微調概述 微調&#xff08;Fine-tun…
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單片機-STM32部分：10-2、邏輯分析儀

單片機-STM32部分：10-2、邏輯分析儀

飛書文檔https://x509p6c8to.feishu.cn/wiki/VrdkwVzOnifH8xktu3Bcuc4Enie 安裝包如下&#xff1a;根據自己的系統選擇&#xff0c;目前這個工具只有window版本哦 安裝方法比較簡單&#xff0c;都按默認下一步即可&#xff0c;注意不要安裝到中文路徑哦。 其余部分參考飛書文檔…
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uniapp-商城-48-后臺 分類數據添加修改彈窗bug

uniapp-商城-48-后臺 分類數據添加修改彈窗bug

在第47章的操作中&#xff0c;涉及到分類的添加、刪除和更新功能&#xff0c;但發現uni-popup組件存在bug。該組件的函數接口錯誤導致在小程序中出現以下問題&#xff1a;1. 點擊修改肉類名稱時&#xff0c;回調顯示為空&#xff0c;并報錯“setVal is not defined”&#xff0…
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STM32-ADC模數轉換器（7）

STM32-ADC模數轉換器（7）

目錄 一、ADC簡介 二、逐次逼近型ADC 三、ADC基本結構圖 四、規則組的四種轉換模式 五、轉換時間 對GPIO來說&#xff0c;它只能讀取引腳的高低電平&#xff0c;使用了ADC模數轉化器之后&#xff0c;就可以對高電平和低電平之間的任意電壓進行量化&#xff0c;最終用一個變…
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智能商品推薦系統技術路線圖

智能商品推薦系統技術路線圖

智能商品推薦系統技術路線圖 系統架構圖 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | 用戶交互層 (Presentation Layer) …
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【Docker系列】docker inspect查看容器部署位置

【Docker系列】docker inspect查看容器部署位置

&#x1f49d;&#x1f49d;&#x1f49d;歡迎來到我的博客&#xff0c;很高興能夠在這里和您見面&#xff01;希望您在這里可以感受到一份輕松愉快的氛圍&#xff0c;不僅可以獲得有趣的內容和知識&#xff0c;也可以暢所欲言、分享您的想法和見解。 推薦:kwan 的首頁,持續學…
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標量/向量/矩陣/張量/范數詳解及其在機器學習中的應用

標量/向量/矩陣/張量/范數詳解及其在機器學習中的應用

標量&#xff08;Scalar&#xff09;、向量&#xff08;Vector&#xff09;、矩陣&#xff08;Matrix&#xff09;、張量&#xff08;Tensor&#xff09;與范數&#xff08;Norm&#xff09;詳解及其在機器學習中的應用 1. 標量&#xff08;Scalar&#xff09; 定義&#xff1…
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