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【Linux】模拟实现Shell（下）

news 2025/9/2 11:08:42

【Linux】模拟实现Shell（上）上篇实现的shell能处理一些基本命令和cd、echo这样的内建命令，以及让shell实现好了两张表，环境变量表和命令行参数表。这篇我们会在此基础上对shell的重定向操作进行模拟实现。

1.优化命令行提示符

我们对这个命令行提示符可以做个改进，Ubuntu下Shell的路径这里用~代替了家目录，我们也可以实现成这样。

std::string CurDir()
{std::string home = GetHome();std::string pwd = GetPwd();if(home > pwd) //在 根目录/ 或 /home 路径下return pwd;std::string ret = "~"; //正好在家目录下，直接就使用~if(home == pwd)return ret;int pos = 0;for(int i = 0; home[i]; i++) //找到家目录往后的路径{pos++;}ret += pwd.substr(pos);  //往后的路径加在ret里return  ret;
}#define FORMAT "%s@%s:%s# " //设置命令行提示符的格式
void PrintCmdPrompt()
{printf(FORMAT,UserName(), HostName(),CurDir().c_str());
}

现在我们的命令行提示符就和Shell更相似了，为了区分，还是用#做结尾，不用$。

2.重定向分析

在命令行输入命令的时候一般就是用> 、<、 >>这样的符号重定向，如"ls -a -l > file.txt"，而且这些重定向符号的左右两边可能带空格，也可能不带空格。

2.1 输入重定向

还是以 "ls -a -l < file.txt" 为例：

  • 我们需要做的是把 < 的两边拆分，拆成 "ls -a -l" 和 "file.txt" ，< 的左边部分是要执行的命令，右边部分是要打开的目标文件
  • 并且我们还需要判断重定向方式，是>，还是<，还是>>。

这个步骤要在命令行分析之前做，叫重定向分析。

int main()
{EnvInit(); //初始化环境变量while(1){//1.打印命令行提示符PrintCmdPrompt();//2.获取命令行参数char commandline[COMMAND_SIZE];if(!GetArguments(commandline, sizeof(commandline))) //获取失败continue;//3.重定向分析RedirCheck(commandline); //4.解析命令行参数if(!CommandParse(commandline))continue;//PrintArg();//5.检测是否为内建命令,是内建命令就执行if(CheckAndExeBuiltinCmd())continue; //6.执行命令Execute();}return 0;
}

实现这个RedirCheck函数之前，我们先定义4个宏，表示重定向的方式，还要一个变量存储重定向到哪个文件。

#define NONE_REDIR 0   //没有重定向
#define INPUT_REDIR 1  //输入重定向
#define OUTPUT_REDIR 2 //输出重定向
#define APPEND_REDIR 3 //追加重定向
int redir_type = NONE_REDIR; //默认设为没有重定向
std::string filename;

然后就可以开始实现RedirCheck函数了，这个函数参数就是commandline，返回值为void。

首先每次都重置重定向的方式，以及清空file里的内容。

void RedirCheck(char* cmd)
{redir_type = NONE_REDIR;filename.clear();}

将重定向符两边的内容分开时，这里我选择从后往前找，先写输入重定向< 的逻辑。从后往前找，找到'<'就停止，并且把 ‘<' 置成0，就可以将两边分开。

bool RedirCheck(char* cmd)
{redir_type = NONE_REDIR;filename.clear();int begin = 0;int end = strlen(cmd)-1;while(begin < end){if(cmd[end] == '<') //输入重定向{redir_type = INPUT_REDIR; cmd[end] = 0; }end--;}
}

<的两边可能有多个空格，也可能没有空格，如果<的左边有多个空格，不用管没因为后续解析命令行参数时用的strtok函数不会返回空串；如果<的右边有多个空格，我们需要清除这些空格，让end指向文件的开头。

void ClearSpaces(char *cmd, int& end) //传地址过去，直接改变end
{while(isspace(cmd[end])){end++;}
}bool RedirCheck(char* cmd)
{redir_type = NONE_REDIR;filename.clear();int begin = 0;int end = strlen(cmd)-1;while(begin < end){if(cmd[end] == '<') //输入重定向{redir_type = INPUT_REDIR; cmd[end] = 0;ClearSpaces(cmd, ++end); //清除空格}end--;}
}

然后文件名的起始地址就是这个数字组的起始地址加上end。

void ClearSpaces(char *cmd, int& end)
{while(isspace(cmd[end])){end++;}
}bool RedirCheck(char* cmd)
{redir_type = NONE_REDIR;filename.clear();int begin = 0;int end = strlen(cmd)-1;while(begin < end){if(cmd[end] == '<') //输入重定向{redir_type = INPUT_REDIR; cmd[end] = 0;ClearSpaces(cmd, ++end); //清除空格filename = cmd+end;break;}end--;}
}

2.2 输出重定向和追加重定向

输出重定向是 >，追加重定向是>>，从后往前扫描时，end停留的前一个位置还是>的话，就是追加重定向，否则是输出重定向。

void ClearSpaces(char *cmd, int& end)
{while(isspace(cmd[end])){end++;}
}bool RedirCheck(char* cmd)
{redir_type = NONE_REDIR;filename.clear();int begin = 0;int end = strlen(cmd)-1;while(begin < end){if(cmd[end] == '<') //输入重定向{redir_type = INPUT_REDIR; cmd[end] = 0;ClearSpaces(cmd, ++end); //清除空格filename = cmd+end;break;}else if(cmd[end] == '>') // > 或 >>{if(cmd[end-1] == '>') // >> 追加重定向{           }else // > 输出重定向{               }break;}end--;}
}

对>>来说，我们把两个>>都置为0，对于>，就是把这一个位置置为0，其他逻辑和输入重定向是一样的，冗余部分整理一下后代码如下。

void ClearSpaces(char *cmd, int& end)
{while(isspace(cmd[end])){end++;}
}bool RedirCheck(char* cmd)
{redir_type = NONE_REDIR;filename.clear();int begin = 0;int end = strlen(cmd)-1;while(begin < end){if(cmd[end] == '<') //输入重定向{redir_type = INPUT_REDIR; cmd[end] = 0;ClearSpaces(cmd, ++end); //清除空格filename = cmd+end;break;}else if(cmd[end] == '>') // > 或 >>{if(cmd[end-1] == '>') // >> 追加重定向{redir_type = APPEND_REDIR;cmd[end-1] = 0;cmd[end] = 0;   }else // > 输出重定向{redir_type = OUTPUT_REDIR;cmd[end] = 0;           }ClearSpaces(cmd, ++end); //清除空格filename = cmd+end;break;}end--;}
}

我们可以把重定向的类型以及文件名打出来看看。

int main()
{EnvInit(); //初始化环境变量while(1){//1.打印命令行提示符PrintCmdPrompt();//2.获取命令行参数char commandline[COMMAND_SIZE];if(!GetArguments(commandline, sizeof(commandline))) //获取失败continue;//3.重定向分析RedirCheck(commandline); printf("redir:%d, filename:%s\n", redir_type, filename.c_str());//4.解析命令行参数if(!CommandParse(commandline))continue;//PrintArg();//5.检测是否为内建命令,是内建命令就执行if(CheckAndExeBuiltinCmd())continue; //6.执行命令Execute();}return 0;
}

可以看到，不管我们重定向符号左右有多少空格，都是没问题的。

3.重定向执行

重定向不能让父进程重定向，会影响到整个shell，要在子进程重定向，所以就要在子进程里检查重定向情况，直接通过redir_type检查。

int Execute()
{pid_t id = fork();if(id == 0) //子进程：程序替换{if(redir_type == INPUT_REDIR) // <{            }else if(redir_type == OUTPUT_REDIR) // >{            }else if(redir_type == APPEND_REDIR) // >>{}execvp(g_argv[0], g_argv);}//父进程：阻塞等待int status;pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);if(rid > 0){if(WIFEXITED(status)) //正常退出{last_exit_code = WEXITSTATUS(status); //获取退出码}elselast_exit_code = 100;}return 0;
}

输入重定向：

重定向文件肯定是先要把文件打开，这里用到函数open，返回值是文件描述符，第一个参数是要打开的文件名，第二个参数flags是打开的方法，第三个参数是如果文件不存在，要设置文件的起始权限，一般是0666。

打开文件之后进行重定向，这里重定向要用到函数dup2，两个参数都是要传文件描述符的。

标准输入（stdin）的文件描述符为0，标准输出（stdout）文件描述符为1，标准错误（stderr）文件描述符为2。输入重定向就是原本要从stdin里获取数据，变成从指定文件获取数据。

重定向：打开文件的方式+dup2

    if(id == 0) //子进程：程序替换{int fd = -1;if(redir_type == INPUT_REDIR) // <{fd = open(filename.c_str(), O_RDONLY, 0666); //只读形式打开if(fd < 0) exit(1); //打开失败dup2(fd, 0); //重定向close(fd);}else if(redir_type == OUTPUT_REDIR) // >{            }else if(redir_type == APPEND_REDIR) // >>{}execvp(g_argv[0], g_argv);}

输出重定向：

输出重定向open文件的方式就是创建+写入+覆盖式，所以方式就是O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC，重定向就是原本像显示器stdout输出数据，变成向文件输出数据。

    if(id == 0) //子进程：程序替换{int fd = -1;if(redir_type == INPUT_REDIR) // <{fd = open(filename.c_str(), O_RDONLY, 0666); //只读形式打开if(fd < 0) exit(1); //打开失败dup2(fd, 0); //重定向close(fd);      }else if(redir_type == OUTPUT_REDIR) // >{fd = open(filename.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);if(fd < 0) exit(2);dup2(fd, 1);close(fd);}else if(redir_type == APPEND_REDIR) // >>{        }execvp(g_argv[0], g_argv);}

追加重定向：

追加重定向和输出重定向只有打开方式上的区别，追加重定向打开方式是创建+写入+追加式，所以方式就是O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND。

    if(id == 0) //子进程：程序替换{int fd = -1;if(redir_type == INPUT_REDIR) // <{fd = open(filename.c_str(), O_RDONLY, 0666); //只读形式打开if(fd < 0) exit(1); //打开失败dup2(fd, 0); //重定向close(fd);}else if(redir_type == OUTPUT_REDIR) // >{fd = open(filename.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);if(fd < 0) exit(2);dup2(fd, 1);close(fd);}else if(redir_type == APPEND_REDIR) // >>{fd = open(filename.c_str(), O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND, 0666);if(fd < 0) exit(3);dup2(fd, 1);close(fd);}execvp(g_argv[0], g_

此时shell的重定向操作就完成了，我们来检验一下。

4.结尾

到这里这个简单版的shell就实现好了，别的功能大家自己实现，下面这张图有利于我们理解文件。

程序替换会影响程序替换的结果吗？不会，因为进程有自己的文件描述符表，还有自己的进程地址空间，两者是独立的。

本次分享就到这里了，我们下篇见~

http://www.xdnf.cn/news/1423621.html

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