简单shell

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预备知识

fork

进程等待

wait

waitpid

环境变量

概念

分类

常见的环境变量及其用途

环境变量的查看与设置

exec系列

 函数解释

命名理解

简单shell

预备知识

fork

fork 是 Linux 和许多其他类 Unix 系统中的一个重要系统调用，它用于创建一个新的进程，这个新进程是当前进程的复制品，称为子进程。子进程会获得父进程当前状态的副本，包括父进程的内存布局、环境变量、打开的文件描述符等。但是，子进程和父进程是两个独立的执行线程，它们可以独立地运行程序的不同部分。

以下是关于 fork 的一些关键点：

  1. 复制：子进程是父进程的一个副本。但是，这种复制是“写时复制”（Copy-On-Write, COW）的。这意味着，如果子进程和父进程都不修改它们共享的内存区域，那么这些区域实际上不会被复制，从而节省内存和 CPU 时间。
  2. 返回值：fork 系统调用在父进程中返回新创建的子进程的进程 ID（PID），而在子进程中返回 0。这是区分父进程和子进程的一个常用方法。
  3. 资源分配：子进程会获得其父进程所拥有资源的副本，如文件描述符、环境变量等。但是，这些资源并不一定是物理上独立的；它们通常是通过引用计数或其他机制来共享的。
  4. 并发：由于子进程和父进程是两个独立的执行线程，因此它们可以并发地执行不同的任务。这使得 fork 成为实现多进程并发和并行处理的重要工具。
  5. 进程间通信：由于子进程和父进程是独立的，因此它们之间需要进行通信以共享数据或协调行为。这可以通过各种进程间通信（IPC）机制来实现，如管道、消息队列、信号量、共享内存等。
  6. 终止和等待：当子进程终止时，它会留下一个僵尸进程（Zombie Process），直到其父进程调用 wait 或 waitpid 系统调用来获取其终止状态并释放其占用的资源。

需要注意的是，虽然 fork 是一个强大的工具，但它也有一些限制和开销。例如，由于需要复制父进程的状态，因此 fork 的开销通常比创建线程要大。此外，由于子进程和父进程是独立的，因此它们之间的通信和同步也需要额外的开销和复杂性。因此，在选择使用 fork 还是其他并发机制（如线程或协程）时，需要根据具体的应用场景和需求进行权衡。

进程等待

wait

  • 功能：wait函数用于使父进程等待其任意一个子进程结束，并回收该子进程的资源。当子进程结束时，内核会向父进程发送SIGCHLD信号，父进程可以通过wait函数来响应这个信号并获取子进程的状态。
  • 函数原型：pid_t wait(int *wstatus);
    • 参数wstatus是一个指向整数的指针，用于存储子进程的退出状态。如果父进程不关心子进程的退出状态，可以将此参数设为NULL。
    • 返回值是已结束子进程的进程ID（PID），如果出现错误则返回-1。
  • 特点：wait函数会阻塞父进程的执行，直到有一个子进程结束。如果调用wait时子进程已经结束，则wait会立即返回子进程的结束状态值。

waitpid

  • 函数原型：#include #include pid_t wait(int*status); 返回值： 成功返回被等待进程pid，失败返回-1
  • 返回值：
    • 当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID；
    • 如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0；
    • 如果调用中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；
  • 参数：
    • pid：
      • Pid=-1,等待任一个子进程。与wait等效。
      • Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。
    • status:
      • WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出）
      • WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
    • options:
      • WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进 程的ID。

环境变量

概念

  • 定义：环境变量是系统预定义的参数，相当于全局变量，存在于所有的shell中，具有继承性。它们可存储有关shell会话和工作环境的信息。
  • 作用：环境变量允许在内存中存储数据，以便运行在shell上的程序和脚本访问。这些数据可以用来识别用户、系统、Shell的特性以及任何其它需要存储的数据。

分类

  • 按作用范围分：
    • 系统环境变量：公共的，对全部的用户都生效。
    • 用户环境变量：用户私有的、自定义的个性化设置，只对该用户生效。
  • 按生存周期分：
    • 永久环境变量：在环境变量脚本文件中配置，用户每次登录时会自动执行这些脚本，相当于永久生效。
    • 临时环境变量：使用时在Shell中临时定义，退出Shell后失效。

常见的环境变量及其用途

  • PATH：指定命令的搜索路径，由冒号分隔的目录列表，用于告诉系统在哪里可以找到可执行文件。
  • HOME：指定用户的主工作目录，即用户登录到Linux系统时，默认的目录。
  • SHELL：当前Shell的路径，通常指向用户当前使用的shell解析器，如/bin/bash。
  • LD_LIBRARY_PATH：C/C++语言动态链接库文件搜索的目录，对C/C++程序员来说非常重要。
  • CLASSPATH：JAVA语言库文件搜索的目录，对JAVA程序员来说非常重要。

环境变量的查看与设置

  • 查看：
    • 使用env命令可以查看当前用户全部的环境变量。
    • 使用echo $环境变量名可以查看特定环境变量的值。
  • 设置：
    • 使用export命令可以设置新的环境变量或修改现有环境变量的值。例如，export PATH=$PATH:/new/directory。
    • 如果希望环境变量永久生效，需要在登录脚本文件中（如/etc/profile、/etc/profile.d/、~/.bash_profile、~/.bashrc等）进行配置

exec系列

#include <unistd.h>

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

nt execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);

int execv(const char *path, char *const argv[]); i

nt execvp(const char *file, char *const argv[]);

int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

这些函数的主要目的是在当前进程的上下文中执行一个新程序，从而替换当前进程的映像。它们允许程序在运行时加载新的可执行文件，实现动态性和灵活性。

 函数解释

  • 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。
  • 如果调用出错则返回-1
  • 所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值

命名理解

  • l(list) : 表示参数采用列表
  •  v(vector) : 参数用数组
  • p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
  • e(env) : 表示自己维护环境变量

简单shell

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<ctype.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<sys/wait.h>
#define SIZE 512
#define ZERO '\0'
#define SEP " "
#define NUM 32
#define SkipPath(p) do{p+=strlen(p)-1;while(*p!='/')p--;}while(0)
#define SkipSpace(cmd,pos) do{ \
  while(1){\
    if(isspace(cmd[pos]))\
        pos++;\
        else break;\
        }}while(0)
#define none_type 0
#define in_type 1
#define out_type 2
#define app_type 3
int redir_type=none_type;
char* filename=NULL;

char* gArgv[NUM];
int lastcode=0;
void Die()
{
  exit(1);
}
const char* GetHostname()
{
  const char* hostname=getenv("HOSTNAME");
  if(hostname==NULL)
    return "/";
  return hostname;
}
const char* GetUsername()
{
  const char* user=getenv("USER");
  if(user==NULL)
    return "none";
  return user;
}
const char* Getcwd()
{
  const char* cwd=getenv("PWD");
  if(cwd==NULL) 
    return "none";
  return cwd;
}
void MakeCommmandLine()
{
  char line[SIZE];
  const char* hostname=GetHostname();
  const char* username=GetUsername();
  const char* cwd=Getcwd();
  SkipPath(cwd);
  snprintf(line,sizeof(line),"[%s@%s %s]> ",username,hostname,strlen(cwd)==1?"/":cwd+1);
  printf("%s",line);
  fflush(stdout);
}
int GetUserCommad(char commad[],size_t n)
{
  char* s=fgets(commad,n,stdin);
  if(s==NULL)
    return -1;
  commad[strlen(commad)-1]=ZERO;
  return strlen(commad);

}
void CheckRedir(char cmd[])
{
  int pos=0;
  int end=strlen(cmd);
  while(pos<end)
  {
    if(cmd[pos]=='>')
    {
      if(cmd[pos+1]=='>')
      {
        cmd[pos++]=0;
        pos++;
        redir_type=app_type;
        SkipSpace(cmd,pos);
        filename=cmd+pos;
      }
      else 
      {
        cmd[pos++]=0;
        redir_type=out_type;
        SkipSpace(cmd,pos);
        filename=cmd+pos;  
       }
    }
    else if(cmd[pos]=='<')
    {
        cmd[pos++]=0;
        redir_type=in_type;
        SkipSpace(cmd,pos);
        filename=cmd+pos;
    }
    else
    {
      pos++;
    }
  }
}
void SplitCommad(char command[])
{
    gArgv[0]=strtok(command,SEP);
    int index=1;
    while((gArgv[index++]=strtok(NULL,SEP)));
}
void ExecuteCommand()
{
  pid_t id=fork();
  if(id<0)
    Die();
  else if (id==0)
  {
    //子进程
    if(filename!=NULL)
    {
      if(redir_type==in_type)
      {
        int fd=open(filename,O_RDONLY);
        dup2(fd,0);
      }
      else if (redir_type==out_type)
      {
        int fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
        dup2(fd, 1); 
      }
      else if (redir_type==app_type)
      {
        int fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
        dup2(fd, 1);
      }
    }
    
      execvp(gArgv[0],gArgv);
      exit(errno);
  }
  else
  {
    //父进程
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
      lastcode = WEXITSTATUS(status);
      if(lastcode != 0) 
        printf("%s:%s:%d\n", gArgv[0], strerror(lastcode), lastcode);
     } 
  }
}
int main()
{
  int quit=0;
  while(!quit)
  {
    redir_type=none_type;
    filename=NULL;
    //创建一个自己的命令行
    MakeCommmandLine();
    //获取用户命令
    char usercommad[SIZE];
    int n=GetUserCommad(usercommad,sizeof(usercommad));
    if(n<=0)
      return 1;
    CheckRedir(usercommad);
    //测试一下
  //   printf("cmd: %s\n", usercommad);
  //   printf("redir: %d\n", redir_type);
  //   printf("filename: %s\n", filename);
      
      //分割字符串
      SplitCommad(usercommad);
      //执行命令
      ExecuteCommand();
  }
  return 0;
}

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