【C语言系统编程】【第一部分：操作系统知识】1.3.实践与案例分析

1.3 实践与案例分析

1.3.1 案例分析：实现一个简单的Shell

本节将通过一个简单的Shell程序来展示如何使用C语言中的高级操作系统功能，包括命令行解析、进程管理（fork和exec）、管道和重定向。

1.3.1.1 解析命令行输入

在实现Shell时，第一步是解析用户输入的命令行。这一过程包括读取输入、分割命令和参数。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MAX_INPUT_SIZE 1024
#define MAX_ARG_SIZE 100

// 函数 parse_input：解析用户输入
void parse_input(char *input, char **args) {
   
    char *token;
    token = strtok(input, " \n");  // 使用空格和换行符作为分隔符 [1]
    int i = 0;
    while (token != NULL) {
   
        args[i++] = token;        // 将分割的片段存入 args 数组 [2]
        token = strtok(NULL, " \n"); // 获取下一个分割片段 [3]
    }
    args[i] = NULL;  // 参数列表以 NULL 结尾 [4]
}

int main() {
   
    char input[MAX_INPUT_SIZE];
    char *args[MAX_ARG_SIZE];

    while (1) {
   
        printf("my_shell> ");
        if (fgets(input, MAX_INPUT_SIZE, stdin) == NULL) {
     // 从标准输入读取一行 [5]
            perror("fgets error");  // 错误处理 [6]
            exit(1);
        }

        parse_input(input, args);  // 解析输入 [7]

        for (int i = 0; args[i] != NULL; i++) {
     // 输出解析完成后的参数 [8]
            printf("Argument %d: %s\n", i, args[i]); 
        }
    }

    return 0;
}

• [1] 使用空格和换行符作为分隔符：strtok 函数用于将 input 中的字符串分割成若干个部分，依据空格和换行符进行分割。
• [2] 将分割的片段存入 args 数组：分割后的每个子字符串被存放在 args 数组中，args 作为指针数组，每个元素指向一个字符串片段。
• [3] 获取下一个分割片段：通过在 strtok 函数中传入 NULL，继续获取下一个分割的字符串片段，直到没有更多的分割片段可获取。
• [4] 参数列表以 NULL 结尾：为了便于后续遍历，通过在 args 数组的末尾加上 NULL 来标记参数列表的结束。
• [5] 从标准输入读取一行：fgets 用于从标准输入流（stdin）中读取一行输入，并存储到 input 数组中。
• [6] 错误处理：若 fgets 返回 NULL，则表示出现错误，使用 perror 打印错误信息并退出程序。
• [7] 解析输入：调用 parse_input 函数，将用户输入解析成命令和参数。
• [8] 输出解析完成后的参数：循环遍历 args 数组，输出每个解析出来的命令或参数。

1.3.1.2 使用fork和exec执行命令

在Shell中，用户命令通过创建子进程并使用exec族函数执行。

示例代码

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

// 执行命令函数
void