UNIX管道应用及Shell实现（一）-主体框架

操作系统的第一个大作业是做一个简单的Shell，实现重定向、管道等功能。奋战了好几天终于基本搞定了= =

基本要求

Shell能够解析的命令行法如下：

1. 带参数的程序运行功能。

   program arg1 arg2 … argN

2. 重定向功能，将文件作为程序的输入/输出。
   a)“>”表示覆盖写

   program arg1 arg2 … argN > output-file

   b)“>>”表示追加写

   program arg1 arg2 … argN >> output-file

   c)“<”表示文件输入

   program arg1 arg2 … argN < input-file

3. 管道符号“|”，在程序间传递数据(最后也可用重定向符号)

   programA arg1 … argN | programB arg1 … argN | programC …

4. 后台符号& ,表示此命令将以后台运行的方式执行

   program arg1 arg2 … argN &

5. 工作路径移动命令cd

6. Shell退出命令exit

7. history显示开始任务后执行的命令；history n显示最近执行的n条指令

基本思路

很明显本次实验主要是以考察Shell基本功能以及管道的实现为主。之前已经详细讲解了管道的实现，可以参考这篇文章。

熟悉命令

首先我们先在UNIX自带的Shell下实现重定向和管道功能，示例命令可以参考如下：

# ps &
# cat numbers.txt | sort > temp.txt
# sort < numbers.txt | grep 1 > a.txt
# ps -ef | grep -sh
# cd ..

我们不难发现：
1. “>”，“>>”重定向命令只能在命令中出现一次，一旦出现后，之后还有什么命令也是无效的。
2. “<”命令也只能出现一次，但是后面可以接管道命令。
2. “|”管道命令可以出现多次，且管道之后还可以使用重定向符号。
3. 实际上所有命令进入程序之后都是一串字符串，因此对字符串的解析是最重要的。
4. 对于ps，ls，cd等命令，可以使用exceve命令进行操作，并不需要我们自己实现。
5. 如果注意，可以发现系统Shell在实现后台进程时，可能会出现如下情况：

我们让ls的结果在后台运行，但为什么会在结果前多一个“#”呢？
原因是因为后台运行的子进程和前台运行的父进程同时进行，谁先谁后不能确定，图中就是父进程先运行，打印了“#”，子进程再打印ls的结果，因此出现了这种情况。

难点

1. 管道的实现以及fork()的使用。
2. 子父进程进行信号交互，以及回收僵尸进程。
3. 多文件的协调和编译。

大体框架

主函数入口

由于我们在Windows下写这个Shell无法编译，每次必须在UNIX下编译，因此必须在写之前就想好模块布局，不然很难debug和进行单元测试。
一个Shell其实就是一个while(1)的死