1、bash本質
在模擬實現前，先得了解?bash?的本質
bash?也是一個進程，并且是不斷運行中的進程
證明：常顯示的命令輸入提示符就是?bash?不斷打印輸出的結果
輸入指令后，bash?會創建子進程，并進行程序替換
證明：運行自己寫的程序后，可以看到當前進程的?父進程?為?bash
?此時可以斷定神秘的?bash?就是一個運行中的進程，因為進程間具有獨立性，因此可以同時存在多個?bash，這也是多用戶登錄?Linux?可以同時使用?bash?的重要原因
系統自帶的?bash?是一個龐然大物，我們只需根據其本質，實現一個簡易版?bash?就行了
2、需求分析
bash?需要幫我們完成命令解釋+程序替換的任務，因此它至少要具備以下功能：
- 接收指令（字符串）
- 對指令進行分割，構成有效信息
- 創建子進程，執行進程替換
- 子進程運行結束后，父進程回收僵尸進程
- 輸入特殊指令時的處理
3、核心內容
核心內容主要為?讀取、切割、替換?這三部分，逐一實現，首先從指令讀取開始
?3.1、指令讀取
讀取指令前，首先要清楚待讀取命令可能有多長
- 常見命令如?
ls -a -l?長度不超過?10 - 為了避免極端情況，這里預設命令最大長度為?
1024 - 使用數組進行指令存儲（緩沖區）
char commandline[1024];//命令行
?考慮什么是指令？如何讀取指令？
Linux?中的大部分指令由?指令 [選項]?構成，在?指令?和?[選擇]?間有空格- 常規的?
scanf?無法正常讀取指令，因為空格會觸發輸入緩沖區刷新 - 這里主要使用?
fgets?逐行讀取，可以讀取到空格
void interact(char* cline,int size)//輸出命令行{getpwd();printf("[%s@%s%s]# " ,getusrname(),gethostname(),pwd); char *s=fgets(cline,size,stdin);//輸入指令，有可能什么也沒有輸入直接回車 assert(s);(void)s;//”abcd\n\0" cline[strlen(cline)-1]='\0';//原來\n，在輸入的時候也會加入到字符串中;checkdir(cline);//檢查重定向}
?注意：?可能存在讀取失敗的情況，assert?斷言解決；因為?fgets?也會把最后的?'\n'?讀進去，為了避免出錯，手動置為?'\0';
3.2、指令分割
獲得指令后，就需要將指令進行分割
?為何要分割指令？
- 程序替換時，需要使用?
argv?表，這張表由?指令、選項、NULL?構成 - 利用指令間的空格進行分割
如何分割指令？
C語言?提供了字符串分割函數?strtok，可以直接使用- 當然也可以手動實現分割
指令分割后呢？
- 將分割好的指令段，依次存入?
argv?表中，供后續程序替換使用 argv?表實際為一個指針數組，可以存儲字符串
如?command?一樣，表?argv?也需要考慮大小，這里設置為?64，實際使用時也就分割為四五個指令段
strtok是 C 語言中的一個字符串處理函數，用于將一個字符串分割成多個子字符串（tokens）。該函數定義在string.h頭文件中。strtok通常用于解析由分隔符（如空格、逗號等）分隔的字符串。函數原型：
char *strtok(char *str, const char *delim);參數說明：
str：要分割的字符串。在第一次調用時，傳入需要分割的原始字符串，之后的調用則傳入NULL，以繼續分割上次strtok返回的部分。
delim：一個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號，delim可以是" ,"。返回值：
成功：返回指向分割出的子字符串的指針（tokens）。子字符串會從原始字符串中分割出來，并且這個分割后的子字符串是原始字符串的一部分，它們將共享內存空間。
失敗：如果沒有更多的子字符串可供提取，
strtok返回NULL。使用說明：
第一次調用：傳入待分割的字符串。
后續調用：每次調用時，傳入
NULL以繼續分割上次strtok返回的部分，直到沒有更多的子字符串為止（返回NULL）。
#define DEF_CHAR " " //預設分割項，需為字符串void split(char* argv[ARGV_SIZE], char* ps)
{assert(argv && ps);//調用 C語言 中的 strtok 函數分割字符串int pos = 0;argv[pos++] = strtok(ps, DEF_CHAR); //有空格就分割while(argv[pos++] = strtok(NULL, DEF_CHAR)); //不斷分割argv[pos] = NULL; //確保安全
}
注意：?指令分割結束后，需要在添加?argv?表結尾?NULL
3.3、程序替換
獲得實際可用的?argv?表后，就可以開始子進程程序替換操作了
這里使用的是函數?execvp，理由：
v?表示?vector，正好和我們的?argv?表對應p?為?path，可以根據?argv[0]（指令），在?PATH?中尋找該程序并替換
當然也可以使用?execve?系統級替換函數
//子進程進行程序替換
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{//直接執行程序替換，這里使用 execvpexecvp(argv[0], argv);exit(168); //替換失敗后返回
}
注意：?程序替換成功后，exit(168)?語句不會執行.?
4、特殊情況處理
對特殊情況進行處理，使?myBash?更加完善
4.1、ls 顯示高亮
系統中的?bash?在面對?ls?等文件顯示指令時，不僅會顯示內容，還會將特殊文件做顏色高亮處理，比如在我的環境下，可執行文件顯示為綠色
實現原理
- 在指令結尾加上?
--color=auto?語句，即可實現高亮
處理這個問題很簡單，在指令分割結束后，判斷是否為?ls，如果是，就在?argv?表后尾插入語句?--color=auto?即可
//特殊處理
//顏色高亮處理，識別是否為 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; //結新尾
}
?注意：
- 因為?
argv?表中的元素類型為?char*，所以在尾插語句時，需要進行類型轉換 - 尾插語句后，需要再次添加結尾，確保安全
4.2、內建命令
內建命令是比較特殊的命令，不同于普通命令直接進行程序替換，內建命令需要進行特殊處理，比如?cd?命令調用系統級接口?chdir?讓?父進程(myBash)?進行目錄間的移動
?5.3、cd
首先實現不同目錄間的切換
切換的本質：令當前?bash?移動至另一個目錄下，不能直接使用?子進程?，因為需要移動的是?父進程(bash)
對于當前的?myBash?來說，cd?沒有絲毫效果，因為此時?指令會被拆分后交給子進程處理，這個方向本身就是錯誤的
?特殊情況特殊處理，同?ls?高亮一樣，對指令進行識別，如果識別到?cd?命令，就直接調用?chdir?函數令當前進程?myBash?移動至指定目錄即可（不必再創建子進程進行替換）
//目錄間移動處理
if(strcmp(argv[0], "cd") == 0)
{//直接調用接口，然后 continue 不再執行后續代碼if(strcmp(argv[1], "~") == 0)chdir("/home"); //回到家目錄else if(strcmp(argv[1], "-") == 0)chdir(getenv("OLDPWD"));else if(argv[1])chdir(argv[1]); //argv[1] 中就是路徑continue; //終止此次循環
}
4.3、export
當添加環境變量時，環境變量具有全局屬性，需要持久存在，所以要定義一個全局的數組存儲環境變量的值。myenv 是一個全局的數組。
strcpy(myenv[count],_argv[1]);
putenv(myenv[count++]);
4.4、重定向
?重定向的本質：關閉默認輸出/輸入流，打開新的文件流，從其中寫入/讀取數據
重定向的三種情況：
echo 字符串 > 文件?向文件中寫入數據，寫入前會先清空內容echo 字符串 >> 文件?向文件中追加數據，追加前不會先清空內容可執行程序 < 文件?從文件中讀取數據給可執行程序
所以實現重定向的關鍵在于判斷指令中是否含有?>、>>、<?這三個字符，如果有，就具體問題具體分析，完成重定向
具體實現步驟：
- 判斷字符串中是否含有目標字符，如果有，就置當前位置為?
'\0‘，其后半部分不參與指令分割? - 后半部分就是文件名，在打開文件時需要使用
- 根據不同的字符，設置不同的標記位，用于判斷打開文件的方式（只寫、追加、只讀）
- 判斷是否需要進行重定向，如果需要，在子進程創建后，打開目標文件，并調用?
dup2?函數進行標準流的替換
open?函數的打開選項
O_RDONLY //只讀
O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC //只寫
O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND //追加
?標準流交換函數?dup2
//給參數1傳打開文件后的文件描述符，給參數2傳遞待關閉的標準流
//讀取：關閉0號流
//寫入、追加：關閉1號流
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.源碼：好好理解
#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>extern char** environ;#define NONE -1
#define IN_RDIR 0 //輸入
#define OUT_RDIR 1//stdout
#define APPEND_RDIR 2//stderrchar commandline[1024];//命令行
char *argv[32];//參數表
char pwd[1024];//路徑長
char myenv[10][10];//環境變量表
int count=0;
int lastcode=0;//退出碼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));//是一個接口函數，將路徑寫到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)//輸出命令行
{getpwd();printf("[%s@%s%s]# " ,getusrname(),gethostname(),pwd);char *s=fgets(cline,size,stdin);//輸入指令，有可能什么也沒有輸入直接回車assert(s);(void)s;//”abcd\n\0" cline[strlen(cline)-1]='\0';//原來\n，在輸入的時候也會加入到字符串中;checkdir(cline);//檢查重定向
}int splitstring(char * cline,char *_argv[])
{int i=0;argv[i++]=strtok(cline," ");//字符串分割while(_argv[i++]=strtok(NULL," "));//如果截取失敗就會返回NULL,正好是參數表尾;return i-1; //含回指令的參數個數。NULL不算
}int buildCommand(char*_argv[],int _argc)
{if(_argc==2&&strcmp(_argv[0],"cd")==0){chdir(argv[1]);//改變當前進程的路徑，但是并不影響環境變量當中的路徑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],"$?")==0){printf("%d\n",lastcode);lastcode=0;//查看完后置為0;}else if(*_argv[1]=='$'){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);//正常含回子進程的PIDif(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<argc;i++) printf("argv[%d]:%s\n",i,argv[i]);int n=buildCommand(argv,argc);if(!n) NormalExcute(argv);}return 0;
}
)
