Linux中手把手教你写一个shell

原创于 2025-10-02 21:40:17 发布 · 1.1k 阅读

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

1.什么是shell

在 Linux 系统中，Shell 是连接用户与操作系统内核（Kernel）的 “桥梁”，它本质上是一个命令行解释器—— 接收用户输入的命令，将其翻译成内核能理解的语言，再将内核执行后的结果反馈给用户。没有 Shell，普通用户无法直接操作 Linux 内核（内核是操作系统的核心，负责管理硬件、内存、进程等底层资源，不直接与用户交互）。

2. 基于模拟实现shell

2.1 实现输出命令行

我们要实现一个这样的命令行：
在这里插入图片描述
这样一个命令行中包括了[用户名，主机名，目录]用户类型，这些信息。

	#include <stdio.h>    
	#include <stdlib.h>    
	#define SIZE 512    
	char* getuser()    
	{    
	  char* user=getenv("USER"); //从系统中获取用户名   
	  return user;    
	}    
	    
	char* gethostname()    
	{    
	  char* hostname=getenv("HOSTNAME");    //从系统中获取主机名
	  return hostname;    
	}    
	    
	char* getpwd()    
	{    
	  char* pwd=getenv("PWD");    //从系统中获取路径名
	  return pwd;    
	}    
	void MakeConmandLineAndPrintf(char arr[],size_t size)    
	{    
	  snprintf(arr,size,"[%s@%s %s]$",getuser(),gethostname(),getpwd());    
	  printf("%s",arr);    
	  fflush(stdout);    //刷新屏幕的缓冲区
	}    
	int main()    
	{    
	  char ConmandLine [SIZE];                                                                               
	  MakeConmandLineAndPrintf(ConmandLine,sizeof(ConmandLine));    
	  return 0;    
	}

2.2 获取用户命令字符串

#include<string.h>
#define ZERO '\0' 

int GetCommand(char arr[],size_t size)    
{    
  char* comand=fgets(arr,size,stdin);//从键盘中获取字符到arr中，返回获取字符数量    
  if(comand==NULL) return -1;    //文件为空，则获取失败，返回-1.
    
  comand[strlen(comand)-1]=ZERO;    //使字符串最后一个字符为‘0’，否则我们从键盘获取字符时，回车键结束，打印时会相当于一个换行。
  return strlen(arr);    //成功获取字符，就返回字符数量。
}
int main()
{
	 char usercommand[SIZE];    
  	GetCommand(usercommand,sizeof(usercommand));
}

2.3 命令行字符串分割

在 Linux 系统中，进程的命令行参数（包括程序名本身）会被存储在 argv 数组中，同时配套的 argc 变量用于标识该数组的元素个数。这两个变量是 C 语言（Linux 下多数系统程序的开发语言）中 main 函数的标准参数，也是操作系统向进程传递命令行参数的核心载体。

./app arg1 arg2

就会分别存在argv[0]，argv[1]，argv[2]中，他们的分割依据就是空格" "。
我们需要用到函数，strtok 是 C 语言标准库 <string.h> 中用于字符串分割的函数，它可以将一个字符串按照指定的分隔符拆分成多个子串（令牌）。
函数原型：

char *strtok(char *str, const char *delim);

功能说明：
str：第一次调用时传入要分割的字符串，后续调用传入 NULL。
delim：包含分隔符的字符串（多个分隔符）。
返回值：指向当前分割出的子串的指针，若没有更多子串则返回 NULL。
工作原理：

第一次调用时，strtok 会在 str 中查找第一个非分隔符字符作为子串的起始位置
然后继续查找下一个分隔符，找到后将其替换为 \0 作为子串的结束
同时保存下一个字符的位置作为内部状态
后续调用传入 NULL 时，函数会从上次保存的位置继续分割

 #define DELIM " "//命令行参数的分隔符是空格。
  char *Argv[30];//存储分割后的命令行参数。

void splitcommand(char command[],size_t size)                                                          
  { 
   Argv[0]= strtok(command,DELIM);    
   int i=1;    
   while((Argv[i++]=strtok(NULL,DELIM)));//直到无法分割了，返回一个NULL。
  }
 int main()
  {
    char ConmandLine [SIZE];
    MakeConmandLineAndPrintf(ConmandLine,sizeof(ConmandLine));
    char usercommand[SIZE];
    GetCommand(usercommand,sizeof(usercommand));
    splitcommand(usercommand,sizeof(usercommand));
    return 0;
  }

2.4 执行命令

这里我们执行命令可以选择创建子进程，让子进程去执行命令。

#include<errno.h>
void ExucuteCommand()    
  {    
      
    pid_t id=fork();    
    if(id<0) Die();//创建子进程执行命令
    else if(id==0)
    {
      execvp(Argv[0],Argv);//进程替换，替换成我们要执行的命令的文件代码。
      exit(errno);//errno由系统记录最近的一次错误退出，如果execvp替换错误返回-1，就会被errno记录
    }
    else{//父进程
    int status=0;
    pid_t rid=waitpid(id,&status,0);//等待子进程退出
    }
  }
 int main()
  {
  int quit=0;
    char ConmandLine [SIZE];
    char usercommand[SIZE];
  while(!quit)
    {
    MakeConmandLineAndPrintf(ConmandLine,sizeof(ConmandLine));
    GetCommand(usercommand,sizeof(usercommand));
    splitcommand(usercommand,sizeof(usercommand));
    ExucuteCommand();
    }  
  return 0;
  }

改内容涉及大量进程和进程替换的知识，建议不会的朋友可以移步我另两篇文章：
Linux进程控制（进程的创建退出，等待与进程替换）
Linux进程概念（内容涵盖操作系统，进程，环境变量，地址空间，进程调度队列）

2.5 完善执行命令

在 Linux 系统中，内建命令（Built-in Commands）是指由 Shell（如 Bash、Zsh 等）直接解释执行的命令，而非独立的可执行文件（外部命令通常存放在 /bin、/usr/bin 等目录下）。由于内建命令无需创建子进程，无需磁盘 I/O，其执行效率远高于外部命令，同时能直接操作 Shell 的内部环境（如变量、进程状态）。

例：cd 是 Bash 的内建命令，执行 which cd 会提示 “cd: shell 内建命令”，而外部命令 ls 可通过 which ls 找到路径（如 /bin/ls）。

这里内建命令可以理解为我们shell程序中的内部函数，而并非通过进程创建和进程替换的文件。
例如我们写一个cd内建命令的函数：

 char cwd[SIZE*2]
 int CheckBuildin()//先判断是否为内建命令
  {
    int yes=0;
    char* enter_cmd=Argv[0];
    if(strcmp(enter_cmd,"cd")==0)//判断是内建命令中哪一个
    {
      yes=1;//是的话，返回非0
      cd();
    }
    return yes;
  }
void cd()
  {
    char*path=Argv[1];//获取cd后地址。
    if(path==NULL) path=Gethome();//若cd后什么都没跟，则返回家目录。
    chdir(path);//chdir更改该进程所在的工作目录。
    getcwd(cwd,sizeof(cwd));//使用getcwd获取当前目录。
    setenv("PWD", cwd, 1);//更改进程环境变量中的PWD当前地址。
  }

2.6 截取路径

在linux中命令行显示的路径只有MyShell这种，只显示最后一个地址位置，我们将我们的shell也改成这样，就需要截取我们的路径。
在这里插入图片描述

#define SkipPath(p) do{p=p+strlen(p)-1;while(*p!='/'){p--;}}while(0)
//获取最后的地址
void MakeConmandLineAndPrintf(char arr[],size_t size)    
  {    
    char* Cwd=Getpwd();    
    SkipPath(Cwd);   //宏函数 
    snprintf(arr,size,"[%s@%s %s]>",Getuser(),Gethostname(),strlen(Cwd)==1?"/":Cwd+1);
 //如果地址只有“/”就直接打印“/”                                                              
    printf("%s",arr);    
    fflush(stdout);    
  }

2.7 内建命令echo $?

内建命令echo $?可以查看最近一次进程的退出码：

int lastcode;全局整型存储退出码。
 int CheckBuildin()    
  {    
    int yes=0;    
    const char* enter_cmd=Argv[0];    
    if(strcmp(enter_cmd,"cd")==0)    
    {    
      yes=1;    
      cd();    
    }    
    if(strcmp(enter_cmd,"echo")==0&&strcmp(Argv[1],"$?")==0) 
     //检查是否为内建命令。                     
    {    
       echo_stast(); //执行该内建命令。   
       yes =1;    
    }    
    return yes;    
  }   
   void echo_stast()//打印退出码。
  {
    printf("%d\n",lastcode);                                                                                                                                                                                                         
  }
   void ExucuteCommand()
  {
  
    pid_t id=fork();
    if(id<0) Die();
    else if(id==0)
    {
      execvp(Argv[0],Argv);
      exit(errno);
    }
    else{
      int status=0;
      pid_t rid=waitpid(id,&status,0);
      if(rid>0)
      {
       lastcode= WEXITSTATUS(status);//子进程等待成功后，获得退出码。
      }
    }
  }

3. 所有代码

 #include <stdio.h>
  #include<string.h>
  #include <stdlib.h>
  #define SIZE 512
  #define ZERO '\0'
  #include<errno.h>
  #define DELIM " "
  #include<unistd.h>
  #include <sys/types.h>
  #include <sys/wait.h>
  #define SkipPath(p) do{p=p+strlen(p)-1;while(*p!='/'){p--;}}while(0)
  char *Argv[30];
  char ConmandLine [SIZE];
  char cwd[SIZE*2];
  int lastcode;
  char* Getuser()
  {
    char* user=getenv("USER");
    return user;
  }
  
  char* Gethostname()
  {
    char* hostname=getenv("HOSTNAME");
    return hostname;
  }
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      
  char* Getpwd()
  {
    char* pwd=getenv("PWD");
    return pwd;
  }
  void MakeConmandLineAndPrintf(char arr[],size_t size)
  {
  
    char* Cwd=Getpwd();
    SkipPath(Cwd);
    snprintf(arr,size,"[%s@%s %s]>",Getuser(),Gethostname(),strlen(Cwd)==1?"/":Cwd+1);
    printf("%s",arr);
    fflush(stdout);
  }
  int GetCommand(char arr[],size_t size)
  {
    char* comand=fgets(arr,size,stdin);
    if(comand==NULL) return -1;
  
    comand[strlen(comand)-1]=ZERO;
    return strlen(arr);
  }
void splitcommand(char command[],size_t size)
  {
    Argv[0]= strtok(command,DELIM);
    int i=1;
    while((Argv[i++]=strtok(NULL,DELIM)));
  }
  void Die()
  {
    exit(-1);
  }
  void ExucuteCommand()
  {
  
    pid_t id=fork();
    if(id<0) Die();
    else if(id==0)
    {
      execvp(Argv[0],Argv);
      exit(errno);
    }
    else{
      int status=0;
      pid_t rid=waitpid(id,&status,0);
      if(rid>0)
      {
        lastcode= WEXITSTATUS(status);
      }
    }
  }
  char* Gethome()
  {
    char*tmp= getenv("HOME");
    return tmp;
  }
  void cd()
  {
    char*path=Argv[1];
    printf("cd :  %s\n", path);
    if(path==NULL) path=Gethome();
    chdir(path);
    getcwd(cwd,sizeof(cwd));
    setenv("PWD", cwd, 1);
  }
  void echo_stast()
  {
    printf("%d\n",lastcode);
  }
  int CheckBuildin()
  {
    int yes=0;
    const char* enter_cmd=Argv[0];
    if(strcmp(enter_cmd,"cd")==0)
    {
      yes=1;
      cd();
    }
    if(strcmp(enter_cmd,"echo")==0&&strcmp(Argv[1],"$?")==0)
    {
      echo_stast();
      printf("AAAA");
      yes =1;
    }
    return yes;
  }
  int main()
  {
    int quit=0;
    char usercommand[SIZE];
    while(!quit)
    {
      MakeConmandLineAndPrintf(ConmandLine,sizeof(ConmandLine));
      GetCommand(usercommand,sizeof(usercommand));
      splitcommand(usercommand,sizeof(usercommand));
      int n=CheckBuildin();
      if(n!=0)  continue;
      ExucuteCommand();
    }
    return 0;
  }