【操作系统】进程程序替换之模拟实现一个简易的Shell

1、替换原理

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序（也有可能执行不同的分支），子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的ID并未改变。

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2、替换函数：exec函数族

#include<unistd.h>

//argv[0]:可执行文件的文件名
//char *const envp[]，构造环境变量

int execl(const char *path,const char *arg, ...);

int execlp(const char *file,const char *arg, ...);

int execle(const char *path,const char *arg, ... ,char *const envp[]);

int execv(const char *path,char *const argv[]);

int execvp(const char *file,char *const argv[]);

int execve(const char *path,char *const argv[],char *const envp[]);

命名理解：

• l(list):表示参数采用列表
• v(vector):参数用数组
• p(path):有p自动搜索环境变量PATH
• e(env):表示自己维护环境变量

函数名	参数格式	是否带路径	是否使用当前环境变量
execl	列表	不是	是
execlp	列表	是	是
execle	列表	不是	不是，需自己组装环境变量
execv	数组	不是	是
execvp	数组	是	是
execve	数组	不是	不是，需自己组装环境变量

函数解释：

• 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回。
• 如果调用出错，则返回-1。
• exec函数只有出错的返回值，没有成功的返回值。

exec函数族关系图：

只有execve是真正的系统调用，其他的五个函数最终都通过调用execve来实现自己的功能。

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3、实现一个简易的shell

首先编写一个shell,需要重复以下过程：

1. 获取命令行
2. 解析命令行
3. 建立一个子进程（fork）
4. 替换子进程（execvp）
5. 父进程等待子进程（wait）

实现代码：

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

char *argv[8];
int argc = 0;

void do_parse(char* buf){
    int i;
    int status = 0;

    for(argc=i=0;buf[i];i++){
        if(!isspace(buf[i]) && status == 0){
            argv[argc++] = buf + i;
            status = 1;
        }else if(isspace(buf[i])){
            status = 0;
            buf[i] = 0;
        }
    }
    argv[argc] = NULL;
}

void do_execute(){
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0){
        //father
        int st;
        while(wait(&st) != pid)
            ;
    }else if(pid == 0){
        //child
        execvp(argv[0],argv);
        perror("execvp");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }else{
        perror("fork!");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

int main(){
    char buf[1024] = {};
    while(1){
        printf("myshell> ");
        fflush(stdout);//刷新缓冲区
        gets(buf);
        do_parse(buf);//解析命令行
        do_execute();//
    }

    return 0;
}

程序运行结果：