my_shell.c代码分析

大三的时候，那时候因为课程需要，我们调试过my_shell.c程序。当时只是对整个程序的结构了解，在涉及linux系统调用函数的时候就不是很清楚"为什么会这样做？"。my_shell.c程序核心函数便是do_cmd函数，此函数是整个程序的核心，负责对用户输入的命令进行执行。

本文便是分析do_cmd函数，以达到对my_shell.c程序有深入的理解。此函数会涉及文件操作中的相关系统调用函数，如果你和我一样调试并分析过前面所说的my_ls.c程序，那么接下来所述的内容对你来说并不困难。

我们按照如下方式定义do_cmd函数：

void do_cmd(int argcount, char arglist[100][256]);

其中，argcount是统计用户输入命令中选项的个数，arglist数组存储每个选项。比如输入：ls -l /那么此时argcount=3,而arglist[0],arglist[1],arglist[2]中分别存储的是：ls,-l,/。

首先此函数会检查用户输入的命令行参数中是否存在后台运行符。利用for循环，对arglist数组中的每个参数与"&"进行比较。由于arglist中的元素是字符串，那么应该选用strcmp函数，而不是利用==来判断。此外即便找到了后台运行符，还应该检查是否"&"位于参数末尾。如果i==argcount-1为假，那么便出错。实现代码如下:

//check if the command include character of running in the background
	for(i=0;i<\argcount;i++)
	{
		if(strncmp(arg[i],"&",1)==0)
		{
			if(i==argcount-1)
			{
				background=1;
				arg[argcount-1]=NULL;
				break;
			}
			else
			{
				printf("wrong command\n");
				return;
			}
		}
	}//for

接下来，检测命令行参数是否含有>,<,|符号，检测方法与上出代码原理类似。由于本程序要求用户输入的命令行参数只能包含上述符号其中之一，所以当flag大于一时，错误。参数中符号合法，接下来提取文件名，存于字符串file中。程序中分别有三个if语句依次针对出现>,<,|时的情况。我们只要分析出现管道符号的情况。

在分析之前首先弄起出管道符号的作用。比如下面命令：

edsionte@edsionte-laptop:~$ ls -l / | wc -c
1513

管道符号前后分别是两个shell命令，前命令的输出作为后命令的输入。

如果检测出命令行中含有管道符号，即how=have_pipe。然后将命令行中两个shell命令分离出来，前命令依然存于arg数组中，而后命令存于argnext数组中。实现命令如下：

if(how==have_pipe)
	{
		for(i=0;arg[i]!=NULL;i++)
		{
			if(strncmp(arg[i],"|",1)==0)
			{
				arg[i]=NULL;
				int j;
				for(j=i+1;arg[j]!=NULL;j++)
				{
					argnext[j-(i+1)]=arg[j];
				}
				argnext[j-(i+1)]=arg[j];
				break;
			}
		}
	}

接下来就要用到进程控制的内容了。我们fork一个新的进程，让它去执行命令行参数中的命令。当命令行中不包含管道符号时，只需fork一个进程，比如ls -l / > a;我们只需fork一个新进程，让其（if(pid==0)）执行ls命令即可；否则，我们必须fork两个信进程，前一个进程执行|前的命令，另外一个进程执行|后的命令。至于另个进程如何"通信"，如何让前一个命令的输出称为后者的输入？不着急，后面会详细说明。

1.如果所输命令中不包含<,>,|，how==normal(0);那么调用exe族函数即可让子进程去执行所输的命令。如下：

			if(pid==0)
			{
				if(!(find_command(arg[0])))
				{
					printf("%s: command not found\n",arg[0]);
					exit(0);
				}
				execvp(arg[0],arg);
				exit(0);
			}

find_command函数是在指定目录下去查找命令arg[0]对应的可执行程序。

2.如果命令行中包括输出重定向符号>，how==out_redirect(1);那么需在上述代码中exe函数前添加下面的代码：

				fd=open(file,O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
				dup2(fd,1);//make the file as a standard output stream
				execvp(arg[0],arg);//execute the command

前面我们已经提到file中存储的是输出重定向（或输入重定向）的文件名，因此首先应以可读可写方式打开一个文件，并且档要打开的文件存在时，会清空源文件数据，这些我们在前面的博文中都有解释。我们知道标准输出输入的文件描述符为：1，0，利用dup2函数就可以将fd，1同时指向file文件，实现将标准输出重定向到我们刚已打开的文件。

3.如果命令行中包含输入重定向符号<，how==out_redirect(2);那么添加如下代码：

				fd=open(file,O_RDONLY);
				dup2(fd,0);//make the file as a standard output stream
				execvp(arg[0],arg);//execute the command

这里只涉及到读取文件，因此以只读方式打开文件。

4.如果命令行中包含管道符号，how==have_pipe(3);如同我们在上面所述的，子进程还需再fork一个进程（暂且叫它子子进程，child_child_process）。首先让子子进程去执行管道符号前面的shell命令，并将输出结果暂存于tempfile文件中；让子进程去执行管道符号后面的shell命令，并读取tempfile文件，将其作为第二个命令的输入。这样，子进程和子子进程实现了管道"通信"。具体代码实现其实是上述2和3的结合，具体如下：

			if(pid==0)//child_process
			{
				int pid2;
				int status2;
				int fd2;

				if((pid2=fork())<\0)
				{
					printf("fork2 error\n");
					return;
				}
				else if(pid2==0)//child_child_process
				{
					if(!(find_command(arg[0])))
					{
						printf("%s: command not found\n",arg[0]);
						exit(0);
					}
					fd2=open("/tmp/tempfile",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
					dup2(fd2,1);
					execvp(arg[0],arg);
					exit(0);
				}

				if(waitpid(pid2,&status2,0)==-1)//waiting for child_child_process
				{
					printf("wait for child_child process error\n");
				}

				if(!(find_command(argnext[0])))
				{
					printf("%s:command not found\n",argnext[0]);
					exit(0);
				}

				fd2=open("/tmp/tempfile",O_RDONLY);
				dup2(fd2,0);
				execvp(argnext[0],argnext);

				if(remove("/tmp/tempfile"))
				{
					printf("remove error\n");
				}
				exit(0);
			}

上出1～4处代码需要一个switch语句来组织，根据how参数来选择相应代码，进行执行。另外，由于上述代码中设计两次fork进程，因此要弄清楚父子进程的关系，其次还需了解代码4中waitpid函数的作用。由于子子进程和子进程同组，因此子进程等待子子进程结束。

同样，父进程需要等待子进程执行完毕。但是如果命令行中包含后台运行父&，那么附近成可直接返回，不用等待子进程。这些功能的实现代码如下：

	if(background==1)
	{
		printf("process id %d\n",pid);
	}

	if(waitpid(pid,&status,0)==-1)
	{
		printf("wait for child process error\n");
	}

至此，我们分析完了do_cmd函数的功能，完整代码可以参考这里。