操作系统实验二：shell 的简单实现

桃扇骨 2022-05-24 03:09 171阅读 0赞

## 题目： 编写一个C语言程序作为Linux内核的Shell命令行解释程序，实现以下功能： (1)解析用户提交的命令行；按照环境变量搜索目录系统；执行命令。 (2)提供ls、mkdir rmdir、pwd、ps等内部命令。 (3)提供历史查询功能。如用户按下Ctr1+C，信号处理器将输出最近的10个命令列表。 ##

直接贴实验代码，各位读者慢慢研读，最好不求甚解，否则会陷入好多我们不了解的知识问题里，比如代码里的获取ctrl+c的信号函数  
先在ubantu下用mkdir命令创建一个目录文件（保持良好文件整理习惯）  
这里创建了名为subshell的目录文件

setup.h

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <ctype.h>
    #include "queue.h"
    
    #define MAX_LINE 80
    void setup(char *inputBuffer, char *args[], int *background);

setup.c

#include "setup.h"
    
    void setup(char *inputBuffer, char *args[], int *background){
        int length;//命令的字符数目
        int i;//循环变量
        int start;//命令的第一个字符位置
        int ct;//下一个参数存入args[]的位置
    
        ct = 0;
    
        /**
        *读入命令行字符，存入inputBuffer
        */
        length = read(STDIN_FILENO, inputBuffer, MAX_LINE);
        start = -1;
        if(length == 0) exit(0);
        if(length < 0){
       //ctrl+c will read error, and return null
            args[0] = NULL;
            return;//输入ctrl+c时，会进入错误读取。从而退出setup函数，避免异常
        }
    
    /*用户通过输入"rx" 可以运行之前10 个命令中的任何一个，其中"x" 为该命令的第一个字母。如果有个命令以"x" 开头，则执行最近的一个。同样，用户可以通过仅输入"r"来再次运行最近的命令*/
       if(inputBuffer[0]=='r'){
            char *str;
            if(inputBuffer[2]=='\n'||inputBuffer[2]=='\t'){
                if((str=gethistory(inputBuffer[1]))==NULL){ //如果没有以‘x'开头的命令，则gethist会返回NULL
                    perror("error input command!");
                    return;
                }
                else
                    strcpy(inputBuffer,str); //放入inputBuffer以执行
            }
            else if(inputBuffer[1]=='\n'){ //当只有一个'r'输出时
                 if((str=getnearhistory())==NULL){ //取最近的一条命令，如果没有命令，则getnearhist会返回NULL
                        perror("error input command!");
                        return;
                    }
                    else
                        strcpy(inputBuffer,str);
            }
            inputBuffer[strlen(str)]='\n'; //便于下面代码统一读取
            inputBuffer[strlen(str)+1]='\0'; //添加结束符
            length = strlen(str)+1;
        }
    
        //检查inputBuffer中每一个char
        for(int i = 0; i<length; i++ ){
            switch(inputBuffer[i]){
                case ' ':
                case '\t'://字符为参数的空格或者Tab
                    if(start != -1){
                        args[ct] = &inputBuffer[start];
                        ct++;
                    }
                    inputBuffer[i] = '\0'; //设置c string 的结束符
                    start= -1;
                    break;
    
                case '\n': //命令行结束符
                    if(start != -1){
                        args[ct] = &inputBuffer[start];
                        ct++;
                    }
                    inputBuffer[i] = '\0';
                    args[ct] = NULL;
                    break;
    
                default: //其他字符
                   if(start == -1)  start = i;
                   if(inputBuffer[i] == '&'){
                       *background = 1;
                       inputBuffer[i] = '\0';
                   }
            }
        }
        add(inputBuffer);//添加历史记录
        args[ct] = NULL;//命令字符数 > 80
    }

queue.h

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    #define MAX_LINE 80
    #define HISTORYNUM 10
    struct Queue{
        char history[HISTORYNUM][MAX_LINE];
        int front;
        int rear;
    }queue;
    
    void add(char *str);
    void print();
    char *gethistory(char index);
    char *getnearhistory();
    int getNum();

queue.c

#include "queue.h"
    
    void add(char *str){ //添加命令进history，这里用循环队列实现
        if(queue.front==-1)
        {
            strcpy(queue.history[queue.rear],str);
            queue.front=queue.rear;
            return;
        }
    
        queue.rear =(queue.rear+1)%HISTORYNUM;
        strcpy(queue.history[queue.rear],str);
        if(queue.front==queue.rear) queue.front=(queue.front+1)%HISTORYNUM;
    }
    //打印历史命令
    void print(){
        if(queue.front==-1){
       //空队列，无历史命令
            printf("No command!");
            return;
        }
        int index= queue.front;
        printf("\n");
        fflush(stdout);
        printf("%s\n",queue.history[index]); //先输出第一个历史命令，否则循环队列将无意义，当超出历史命令条数时，循环无法进入
        fflush(stdout);
        index=(index+1)%HISTORYNUM;
        while(index!=(queue.rear+1)&&(!(index==0&&queue.rear==9))){ //后面一个条件是防止这种情况进入死循环，因为，index永远不可能等于10
            printf("%s\n",queue.history[index]);
            fflush(stdout);
            index=(index+1)%HISTORYNUM;
        }
    }
    
    char *gethistory(char c){ //得到以‘x'开头的命令
    
        int temp=queue.front;
        while(temp!=queue.rear+1){
            if(queue.history[temp][0]==c)break; //找到就退出
            temp=(temp+1)%HISTORYNUM;
        }
        if(temp==queue.rear+1) return NULL; //搜索完一遍还是没有，就返回NULL
        return queue.history[temp];
    }
    
    char *getnearhistory(){ //返回最近的历史命令
        if(queue.front==-1) return NULL; //无历史命令
        else return queue.history[queue.rear];
    }
    
    int getNum(){  //得到历史命令的数目
        return (queue.rear+HISTORYNUM-queue.front+1)%HISTORYNUM;
    }

shellMain.c

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <signal.h>
    #include <unistd.h>
    #include <wait.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/shm.h>
    #include "setup.h"
    
    void handle_SIGINT();
    int main(void){
        char inputBuffer[MAX_LINE];//这个缓存用来存放输入的命令
        int background;// == 1时，表示在后台运行命令，即在命令后加上“*”
        char *args[MAX_LINE/2+1];//命令最多40个参数
        pid_t pid;
        struct sigaction hander;
    
        queue.front = -1;
        queue.rear = 0;
    
        while(1){
       //程序在setup中正常结束
            background = 0;
            printf("COMMAND->");
    
            fflush(stdout);//输出
            setup(inputBuffer, args, &background);
    
            //这一步要创建子进程
            if((pid = fork()) == -1) { printf("Fork Error.\n"); }
            if(pid == 0) { execvp(args[0], args); exit(0); }
            if(background == 0) { wait(0); } //如果background为1，表示在后台运行，则父进程不用等子进程执行完，否则要wait
    
            /**
            *创建信号处理器，处理ctrl+c,+z等信号，这里想理解透可以自行学习hander,明白这里调用了系统函数就行
            */
            hander.sa_handler = (void (*)(int))handle_SIGINT;
            sigaction(SIGINT, &hander, NULL);
    
            /**
            *循环运行，直到收到ctrl+c获ctrl+z等信号
            */
        }
        return 0;
    }
    
    void handle_SIGINT(){
        print(); //打印历史命令
        signal(SIGINT, SIG_IGN);
    }

gcc编译  
![这里写图片描述][70]

验证  
输入命令  
![这里写图片描述][70 1]

按ctrl+c查看历史命令  
![这里写图片描述][70 2]

使用’rx‘和’r’  
![这里写图片描述][70 3]

实验完成！！！

[70]: /images/20220524/3310f89d69da439896ceca0f6c387a6b.png
[70 1]: /images/20220524/3bc170a2cb4b496e920c43c7f7f54d68.png
[70 2]: /images/20220524/be68ea65578543c89172bb8d9a5eb0f8.png
[70 3]: /images/20220524/9124a9c0d2c9478cb5aea2262875741c.png