学习理解shell的好办法--编写自己的shell 之一

本文参考自《Unix/Linux编程实践教程》, 这是一本讲解unix系统编程的书，注重实践，理解难度不大，推荐大家阅读，敲完本书后，对于理解unix系统如何运作会有更深的视角，回过头再学习别的 Linux相关的东西时，感受非常不一样，这是一本可以提高“内功”的书。自己加了些很菜的解释，以便其他小白理解，大牛直接飘过吧，错误之处希望指正。

shell是一个管理进程和运行程序的程序，用来人和机器交互 

常用的shell如sh,bash,zsh,csh,ksh等都有三个主要功能:
1. 运行程序
date, ls, who都是用C写的实用程序, shell负责将它们装入内存运行, 因此shell可以看成一个程序启动器 

2. 管理输入输出
利用重定向符号<, >,管道符号 | , 可以告诉shell将输入输出定向到文件或其他进程，也可以从文件定向到标准输入输出。尤其是管道，感觉非常酷！通过组合那些基本命令，实现很多功能 

3. 可编程
即带有变量和控制。其实变量是缓冲思想的在最小处的一个应用，先暂存到一个地方，一会儿再用。控制即if, while啥的，控制执行过程。有了变量和控制，单独执行的那些程序便可以放到一个文件中，即所谓的脚本，这样就能一次运行多个命令，也可以保存供以后使 用。其他脚本语言也是类似的原理。

本篇先讲解shell如何运行程序，写一个不带变量和控制的shell，老子曰：“千里之行，始于足下”。 shell的工作看起来是这样的：开一个终端后，打印提示符，一般就是那个"$"或"#", 愚蠢的人类输入命令，命令执行完了，又出现提示符，无尽的循环......直到退出终端，比如输入exit，这是通过命令退出；或提示符后按ctrl + d，这产生一个文件结束符；或图形终端模拟器中鼠标点了窗口的关闭，这是由窗口管理器处理。其实这三个都是用来结束那个无尽的循环，退出shell自己 的。

shell的主体是这样的:

while(!end_of_input) {
    等待人类输入命令；
    执行命令;
    等待命令结束；
}

那个end_of_input由前面提到的三种退出方法产生。有一个情形是这样的，在shell里再运行一个shell，然后在shell里运行的 shell那个shell里再运行一个shell，然后在......你可以买个俄罗斯套娃玩了 :P .一般的程序都是干完自己的活就退出了（命令行界面下常用的程序都是这样的，但图形界面程序为了交互大都需要人类自己去关闭），但因为shell是运行其 他程序的程序，因此它的退出需要另外干预。

为了写一个shell，要知道：
1. 在程序中运行一个程序（相当于创建一个进程）；
2. 等待程序中那个新程序的退出

关于进程：运行中的程序。或者说就是在内存中的程序和一些设置，比如状态、时间、进程号等，ps -x命令的输出中，每一行就是一个进程的信息。top命令可以查看实时的进程信息。我们小白初学编程时，写的都是些单进程的程序，一下子到底，比如打印个"hello"。但要把程序执行两遍，只能你再输入一遍，让它再执行一遍，而这可以让程序自己完成，那就是用多进程。这个思路可以用C语言中函数调用来类比。你可以把所有要做的事写道main里，有重复的工作时，一般是建立一个子函数，然后多次调用，而不是复制代码。

execvp调用: execvp(program,arglist). program为调用的程序名，arglist为参数列表，用它来从程序中运行程序，它会利用环境变量查找program，就是ls,who之类。

fork调用：fork(). 创建新进程，它干的活就是把原来运行的程序复制一份，这样，内存中就有了两个一样的程序。这两个程序不再叫程序了，就叫他们进程吧。fork原始意思就是分叉，一条道变成两条道，分道扬镳之后，就走自己的路了。

wait调用：wait(&status). 等待子进程结束。等待分为阻塞和非阻塞，比如要喝一壶茶这个进程。你就是shell。先创建一个烧水的进程，你可以选择阻塞，就是i蹲在旁边看着壶冒热气，也可以非阻塞，水开了壶会有鸣叫，这就属于信号了，另外壶也可以把它的状态存进status里。shell是最初的父进程，它一般执行一个程序是都是阻塞的，不过你看不到，因为机器太快。而后台进程就是非阻塞的，就是命令后边加个"&".

下面开工! 

1.只能运行一个程序的shell

有一组系统调用exec完成“在程序中运行另一个程序”的工作，具体怎么完成的细节先不深究，那又属于另一个编程层次了，这里只是为了写个小shell，只会用这调用就行了，就当成是调用自己的main程序之外的一个函数吧。
这里用到的是execvp.下面是只能运行一个程序的“残疾”shell的代码，因为这货运行完你输入的第一个程序后自己也退出了.

/* egg_sh.c
 * 你认为是先有蛋呢还是鸡呢，这个连鸡和蛋自己都不知道的问题困扰了愚蠢的人类很长时间，姑且认为先有蛋吧，此残疾shell被命名为egg_sh
 * by the way, 使用大写字母开头分隔程序名是很丑陋的，比如EggSh, 真正的程序员用"_"分隔程序名
 */

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

#define MAXARGS 20      /* 参数的最大个数 */
#define ARGLEN  100     /* 参数缓冲区长度 */ 

char * makestring(char *buf);
int execute(char *arglist[]);



int main()
{
    char *arglist[MAXARGS+1];    /* 参数数组 */
    int numargs = 0;             /* 参数数组索引 */
    char argbuf[ARGLEN];         /* 存放读入内容的缓冲区 */

    while( numargs < MAXARGS ) {
        printf("arg[%d]? ", numargs);   /* 打印提示符 */
        if( fgets(argbuf, ARGLEN, stdin) && *argbuf != ‘\n‘ )
            arglist[numargs++] = makestring(argbuf);
        else{
            if( numargs > 0 ){
                arglist[numargs] = NULL;
                execute(arglist);
                numargs = 0;
            }
        }
    }
    return 0;
}

int execute(char *arglist[])
{
    execvp(arglist[0], arglist);    /* 此处即开始执行程序中的程序, arglist[0]为新程序的名称，arglist为参数列表 */
    perror("execvp failed");
    exit(1);
}

char *makestring(char * buf)
/*
 * 去掉每个参数最后位置的换行，改成‘\0‘，即C语言的字符串结束符
 * 并为每个参数分配内存，以便存放它们
 */
{
    char *cp;

    buf[strlen(buf)-1] = ‘\0‘;    /* 将‘\n‘改为‘\0‘ */
    cp = malloc(strlen(buf)+1);
    if( cp == NULL ){
        fprintf(stderr, "no memory\n");        /* 从开始学编程到现在，内存不足这个情况我从来没碰到过=_=! */
        exit(1);
    }
    strcpy(cp, buf);    /* 把参数缓冲区里的内容复制到刚分配的地方 */
    return cp;        /* 返回参数所在位置的指针 */
}