一、功能概述
1.1 高亮提示
- myShell运行的起始提示
- 命令提示符前
Musel's shell的前缀标识 - 当前路径提示
- Error的报错提示
1.2 cd切换目录
1.3 标准I/O重定向
1.4 可变长参数命令的运行
1.5 管道连接多条命令
1.6 管道、重定向、命令格式的错误检查
1.7 exit退出myShell
1.8 malloc与free
- 管道连接命令数、命令参数个数、参数长度均不定长，所以使用malloc申请存储空间，避免内存浪费。
- 单条命令执行完后调用free释放命令申请的空间，防止内存泄漏。
二、系统调用
在第三部分会结合具体功能具体阐述系统调用。此处作简要汇总：
- 获取当前目录：
path = getcwd(NULL, 0) - 切换工作目录：
chdir(command->args[1]) - 创建进程：
pid_t pid = fork() - 打开文件描述符表：
open(command->read, O_RDONLY, 0666) - 复制文件描述符表：
dup2(in, 0) - 执行程序：
execvp(command->cmd, command->args) - 父进程等待子进程退出：
wait(&status) - 父进程获取子进程退出状态：
WIFEXITED(status) - 创建与关闭管道：
pipe(fd);close(fd[0]); - 退出进程：
exit(0)
三、功能实现与流程图
3.1 宏定义
3.1.1 单行命令的输入与解析规模
#define ARGS_COUNT 8 //单条命令的参数个数
#define COMMANDS_COUNT 8 //管道连接的命令个数
#define BUF_SIZE 128 //单行命令的字符数
3.2.2 命令格式的错误检查
#define ERROR_EMPTY(errorStr) //起始或管道符号后未输入合法命令
#define ERROR_STR //字符串格式错误，后引号丢失
#define ERROR_FORK //创建子进程失败
#define ERROR_OPEN //重定向的读文件不存在
#define ERROR_EXECUTE(errorCmd) //命令执行失败：命令类型或参数不合法
#define ERROR_EXIT //子进程退出失败
3.2 打印当前路径
print_current_directory()函数调用path = getcwd(NULL, 0)获取当前工作目录。
3.3 拆分管道连接的多条命令和重定向文件名
- fgets获取输入、malloc命令结构体、标志本次输入的命令条数为1
splitCommands(buf, commands)- 初始化命令结构体：
- 标志状态为等待命令，即
waitCommand置位：此时如果接受到管道符号、重定向符号、字符串、回车终止符均会由相关宏抛出ERROR_EMPTY - 初始化本条命令的结构体
- malloc申请参数数组
- 标志状态为等待命令，即
- 识别到命令
- 持续识别本条命令的命令参数与重定向标志，直到管道符号或回车符
- 可识别的命令参数：无特殊符号的字符串、单双引号标志的字符串。记录在args参数数组中。
- 重定向标志：识别到
< > >>后调用fetchFileName()识别重定向文件名，记录在命令结构体中。如果文件格式不对会由相关宏抛出ERROR_IOFILE
- 识别到管道符号
- 标记本条命令的参数数组的最后一个参数(*args)为NULL。目的是便于execvp(command)和free(commands)。
- 命令条数++
- 初始化下一条命令结构体，继续读取下一条命令
- 识别到回车符：
- 标记本条命令的参数数组的最后一个参数
(*args) = NULL。 - 标记命令数组的最后一个命令
commans->cmd = NULL。目的是便于execvp(command)和free(commands)。
- 标记本条命令的参数数组的最后一个参数
- 初始化命令结构体：
3.4 如果拆分命令未出现异常，逐条执行命令commands
3.4.1 逐条执行指令，使用管道连接父子进程数据
executeCommands(commands)
- 命令数commandsCount = 1：
- 不用创建管道，不从pipe读取重定向I/O，fd_in和fd_out为-1
forkToExecute(commands,-1,-1)创建子进程并执行
- 命令数commandsCount = 2：
- 此时重定向方向为：第一条命令写 -> 第二条命令读。故创建一条管道
pipe(fd);即可； - 为第一条指令创建子进程，执行第一条指令的子进程不使用此管道的读指针（没有前序命令为此命令提供输入），fd_in设置为-1；使用写指针fd[1].
- 第一条指令结束后其子进程退出。父进程关闭此管道的fd[1],释放第一条指令结构体。
- 父进程为第二条指令创建子进程，执行第二条指令的子进程使用此管道的读指针fd[0]，不使用此管道的写指针（没有后续命令需要此命令的输出），fd_out设置为-1。
- 第二条指令结束后其子进程退出。父进程关闭此管道的fd[1],释放第二条指令结构体。
- 此时重定向方向为：第一条命令写 -> 第二条命令读。故创建一条管道
- 命令数commandsCount > 2:
- 与上述大致相同，基本遵循：pipe()->fork()->execute()->close()->free()
- 多命令的管道需要保证两条管道同时开启：见源码下的分析
int *pipes[2]; pipes[0]=(int *)malloc(sizeof(int)*2); pipes[1]=(int *)malloc(sizeof(int)*2); int newPoint = 0; pipe(pipes[newPoint]); forkToExecute(commands,-1,(pipes[newPoint])[1]); close((pipes[newPoint])[1]); freeCommand(commands++); for (int i = 1; i < (commandsCount - 1); ++i) { newPoint = 1-newPoint; pipe(pipes[newPoint]); forkToExecute(commands,(pipes[1-newPoint])[0],(pipes[newPoint])[1]); close((pipes[1-newPoint])[0]); close((pipes[newPoint])[1]); freeCommand(commands++); } forkToExecute(commands,(pipes[newPoint])[0],-1); close((pipes[newPoint])[0]); freeCommand(commands);
关于pipe(),close()与fork()父子进程的理解：
(由于网上资料并不多，以下仅为根据程序的运行结果做出的个人理解,正确性未知)
pipe(int fd[2])：
- malloc是用户区的申请。而pipe类似于内核区域的malloc。
- pipe相当于在内核缓冲区申请一片空间，用于存放数据。类似多线程生产者消费者模式的table，供不同线程不同时间的读取。
int fd[2]：
- fd为内核缓冲区指针的数组，fd[0]为此缓冲区的读指针，fd[1]为写指针。
close()
- 在内核缓冲区申请的空间的释放：需要两个条件，即四次操作：
- 一个进程创建pipe(int fd[2])，只供自己读取是没有意义的，因为可以在用户区malloc也能实现同等效果。pipe一般**与fork()**配合使用，目的是用于不同进程之间的数据传输。
- 学过OS的进程管理以后非常容易理解：因为不同进程自身占用各自的用户区虚拟空间，而不同进程之间共享相同的内核虚拟空间。一个进程结束后，自身用户区的虚拟空间中的数据随之消失。
- 那么pipe的应用场景是，当一个进程运行后产生数据后就消亡。而另一个进程在上个进程消亡后才开始运行，需要获取上个进程运行的数据。这时候上个进程的数据只能写入内核区才能保存，即在**地址fd[1]**写数据。
- 造成此种应用场景的原因是:
- ① Linux支持的众多指令是靠调用内核程序实现的。所以当shell把用户命令解析出命令和命令参数后，通过c库函数
execvp(command->cmd, command->args)等实现调用内核程序的效果。该函数成功执行后，调用此函数的进程结束，此函数的后续指令并不会再运行。 - ② c语言用于并行操作的fork函数。其模式是这样的：所以可以看到，当子进程调用执行函数执行命令后，子进程消亡。父进程需要等待子进程结束后再工作。
pid_t pid = fork(); if (pid < 0) { //子进程创建失败，不会进入此分支 } else if (pid == 0) { //子进程创建成功，进入此分支。 //此分支执行子进程操作 Execute and Write (to fd[1] in kernel buffer); } else { //由于fork()函数有两个返回值 //所以如果子进程创建成功，进入上个分支后，也会进入这个分支 //此分支执行父进程操作 Wait; Fetch Data (from fd[0] in kernel buffer) and continue; }close()的时机
- 父进程在fork()前pipe(fd)，fork()后父子进程共享相同的fd。
- 子进程执行时写fd[1]。返回到父进程时由父进程close(fd[1]).
- 父进程再次创建新的子进程执行下一条指令，子进程执行时读fd[0]。如果此命令后续还有指令，那么子进程再写另一条新管道的newfd[1].子进程执行完毕返回到父进程时，由父进程close(fd[0]).至此fd的缓冲区完成两次关闭和一写一读，被释放。由于已经写过新管道的newfd[1]，此时父进程也要close(newfd[1]).
- 原则是创建新进程前pipe，子进程负责读写fd，父进程负责关闭fd。
- ① Linux支持的众多指令是靠调用内核程序实现的。所以当shell把用户命令解析出命令和命令参数后，通过c库函数
3.4.2 创建子进程，执行单条指令
forkToExecute(Command *command, int fd_in, int fd_out)
- exit : 释放命令结构体并退出shell
- cd ：系统调用
chdir(command->args[1])切换工作目录 - 外部命令：
- fork()创建子进程
- command结构体中读出重定向文件：
int open(const char *pathname, int oflag, [mode_t mode])系统调用获得文件描述符表 - 重定向：
dup2(in, 0);dup2(out, 1); - 子进程运行命令
execvp(command->cmd, command->args) - 父进程等待子进程结束后运行下一条命令