Linux 上机实战4 SimpleShell

Sekiro

Linux上机实战

发布于：2020年6月1日

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字数：1.6k字

时长：8分钟

本文是关于Linux中的一个简单的shell，支持运行多个命令以[;]分割，支持管道和重定向，支持CTRL-C终止内部命令而不终止simple shell本身，有完善的错误处理及醒目的颜色提示。

一、实验环境

硬件：

Intel i7 7700HQ，内存16GB；

软件：

基于Arch Linux的Manjaro
Linux内核：Linux 5.4.39-1-MANJARO x86_64
C语言

二、基本步骤

编写代码grep+wc.c（代码源码见附件grep+wc.c或本文最后的附录）：

编译
在grep+wc.c的基础上进行拓展，编写代码simple_shell.c（代码源码见附件simple_shell.c或本文最后的附录）：

在编写时遇到了一个棘手的问题，就是关于“子进程对父进程信号的继承情况”。总结一下就是：
- 仅fork时子进程会继承父进程fork之前所设置的信号处理方式。
- 当有exec加载新程序时
  - 子进程继承的处理方式是忽略或默认处理方式时，exec新程序后设置依然有效。
  - 如果子进程继承是捕获处理方式时，exec新程序后将被还原为默认处理方式。
详细请查看这位大佬的文章子进程对父进程信号的继承情况详细分析（信号）【linux】（zs）。
编译

三、测试样例

0、在Shell（zsh）里运行所给命令

1、grep+wc

2、simple_shell

1.特殊命令

2.普通命令

3.重定向命令

4.管道命令

5.综合命令

6.错误命令

7.CTRL-C

输入find / -name hello，在运行期间输入CTRL-C杀死正在运行的find程序。可以发现find命令停止，但是Simple Shell并没有退出（输入exit可以正常退出）。

四、项目地址

本项目的源码、可执行程序均已经存放于我的Github，欢迎下载查看：

源码仓库

五、附录

PS:程序源码均有详细的注释

1、grep+wc.c

点击查看代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int sv;
    int fd[2];

    pipe(fd);
    if (fork() == 0)
    {
        // 输入重定向
        int fd0 = -1;
        fd0 = open("/etc/passwd", O_RDONLY);
        if (fd0 != -1)
        {
            dup2(fd0, 0);
            close(fd0);
        }
        // 管道输入端
        dup2(fd[1], 1);
        close(fd[1]);
        close(fd[0]);
        // 执行管道前的命令
        execlp("grep", "grep", "-v", "usr", 0);
        exit(1);
    }
    else
    {
        if (fork() == 0)
        {
            // 输出重定向
            int fd1 = -1;
            fd1 = open("r.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);
            if (fd1 != -1)
            {
                dup2(fd1, 1);
                close(fd1);
            }
            // 管道输出端
            dup2(fd[0], 0);
            close(fd[0]);
            close(fd[1]);
            // 执行管道后的命令
            execlp("wc", "wc", "-l", 0);
            exit(1);
        }
    }

    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    wait(&sv);
    wait(&sv);
    // 执行第二个命令
    execlp("cat", "cat", "r.txt", 0);
    return 0;
}

2、simple_shell.c

点击查看代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <setjmp.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

// 颜色
#define NONE "\e[0m"   // 复原
#define RED "\e[0;31m" // ERROR

char version[] = "1.0"; // 版本号
int pipe_flag = 0;      // 是否使用管道
static jmp_buf env;
int sv;

// CTRL-C回调函数
void sig_handler(int sig)
{
    if (pipe_flag)
    {
        wait(&sv);
        wait(&sv);
    }
    else
    {
        wait(&sv);
    }
    printf("\n");
    siglongjmp(env, 1);
}

// 打印帮助
void help()
{
    printf("**********************************************************\n");
    printf("%27sHELP%27s\n**********************************************************\n", "", "");
    printf("Simple Shell %s by Sekiro May 21 2020\n", version);
    printf("Usage: [COMMAND] [OPTION]... (< [INFILE]) (| [COMMAND] [OPTION]... (> [OUTFILE])) (;...;...)\n");
    printf("Simple shell with redirect and pipe(Can also run multiple commands)\nSpecial commands:\n");
    printf("\thelp\tDisplay this help and continue\n");
    printf("\texit\tExit simple shell\n");
    printf("**********************************************************\n");
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buffer[256], *argv1[256], **p, *argv2[256], *buf, *end, *cmd2, *in, *out;
    int fd[2];
    // CTRL-C信号自行处理
    signal(SIGINT, sig_handler);

    for (;;)
    {
        sigsetjmp(env, 1);
        // 打印提示符
        printf("=> ");
        // 获取命令
        if (fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin) == NULL)
            exit(0);
        //没有输入任何命令
        if (strlen(buffer) == 1)
        {
            continue;
        }
        // 命令最后加;用于判断
        if (buffer[strlen(buffer) - 2] != ';')
        {
            buffer[strlen(buffer) - 1] = ';';
        }
        // 获取每一条;分割的命令，依次执行
        for (buf = buffer; end = strstr(buf, ";"); buf = end)
        {
            *end++ = '\0';
            pipe_flag = 0;
            // 获取管道命令，输入重定向文件和输出重定向文件
            // note:必须先获取管道命令，in和out在进行分词操作，因为分词会修改buf，导致获取管道命令，in和out出错
            cmd2 = strstr(buf, "|");
            in = strstr(buf, "<");
            out = strstr(buf, ">");
            if (in != NULL)
            {
                *in++ = '\0';
                in = strtok(in, " \t\n");
            }
            if (out != NULL)
            {
                *out++ = '\0';
                out = strtok(out, " \t\n");
            }
            if (cmd2 != NULL)
            {
                pipe_flag = 1;
                *cmd2++ = '\0';
                for (p = &argv2[0], *p = strtok(cmd2, " \t\n"); *p != NULL; *++p = strtok(NULL, " \t\n"))
                    ;
                if (argv2[0] == NULL)
                {
                    fprintf(stderr, RED "** No command 2 input!\n" NONE);
                    continue;
                }
            }
            for (p = &argv1[0], *p = strtok(buf, " \t\n"); *p != NULL; *++p = strtok(NULL, " \t\n"))
                ;
            // 没有命令输入
            if (argv1[0] == NULL)
            {
                fprintf(stderr, RED "** No command 1 input!\n" NONE);
                continue;
            }
            // 输入了exit
            if (strcmp(argv1[0], "exit") == 0)
                exit(0);
            // 输入了help
            if (strcmp(argv1[0], "help") == 0)
            {
                help();
                continue;
            }
            // 使用了管道
            if (pipe_flag)
            {
                pipe(fd);
                if (fork() == 0)
                {
                    // 输入重定向
                    int fd0 = -1;
                    if (in != NULL)
                        fd0 = open(in, O_RDONLY);
                    if (fd0 != -1)
                    {
                        dup2(fd0, 0);
                        close(fd0);
                    }
                    else if (in != NULL)
                    {
                        fprintf(stderr, RED "** No such file or directory: %s\n" NONE, in);
                        help();
                        exit(1);
                    }
                    // 管道输入端
                    dup2(fd[1], 1);
                    close(fd[1]);
                    close(fd[0]);
                    // 执行管道前的命令
                    execvp(argv1[0], argv1);
                    fprintf(stderr, RED "** Bad command 1: %m\n" NONE);
                    help();
                    exit(1);
                }
                else
                {
                    if (fork() == 0)
                    {
                        // 输出重定向
                        int fd1 = -1;
                        if (out != NULL)
                            fd1 = open(out, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);
                        if (fd1 != -1)
                        {
                            dup2(fd1, 1);
                            close(fd1);
                        }
                        // 管道输出端
                        dup2(fd[0], 0);
                        close(fd[0]);
                        close(fd[1]);
                        // 执行管道后的命令
                        execvp(argv2[0], argv2);
                        fprintf(stderr, RED "** Bad command 2: %m\n" NONE);
                        help();
                        exit(1);
                    }
                }

                close(fd[0]);
                close(fd[1]);
                wait(&sv);
                wait(&sv);
            }
            // 没有使用管道
            else
            {
                if (fork() == 0)
                {
                    int fd0 = -1, fd1 = -1;
                    // 输入重定向
                    if (in != NULL)
                        fd0 = open(in, O_RDONLY);
                    if (fd0 != -1)
                    {
                        dup2(fd0, 0);
                        close(fd0);
                    }
                    else if (in != NULL)
                    {
                        fprintf(stderr, RED "** No such file or directory: %s\n" NONE, in);
                        help();
                        exit(1);
                    }
                    // 输出重定向
                    if (out != NULL)
                        fd1 = open(out, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);
                    if (fd1 != -1)
                    {
                        dup2(fd1, 1);
                        close(fd1);
                    }
                    // 执行命令
                    execvp(argv1[0], argv1);
                    fprintf(stderr, RED "** Bad command 1: %m\n" NONE);
                    help();
                    exit(1);
                }

                wait(&sv);
            }
        }
    }

    return 0;
}