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如何構建一個Linux Shell（一）

2020-07-23 18:22:47　|　來源：中培企業IT培訓網

從Unix的早期開始，shell就已經成為用戶與操作系統的接口的一部分。第一個Unix shell具有非常有限的功能，主要是I / O重定向和命令管道。后來的shell在那個早期的shell上進行了擴展，并增加了越來越多的功能，這給了我們強大的功能，包括單詞擴展，歷史替換，循環和條件表達式等。那么如何構建一個Linux Shell？

　　為什么使用本教程？

在過去的20年中，我一直使用GNU / Linux作為主要操作系統。我使用了許多GNU / Linux shell，包括但不限于bash，ksh和zsh。但是，我一直被這個問題困擾：是什么使shell打勾?例如，例如：

Shell如何解析我的命令，將它們轉換為可執行指令，然后執行這些命令？

Shell如何執行不同的單詞擴展過程，例如參數擴展，命令替換和算術擴展？

Shell如何實現I / O重定向？.. 等等。

由于大多數GNU / Linux外殼都是開源的，因此，如果您想學習外殼的內部工作原理，可以在線搜索源代碼并開始深入研究。但是，這個建議實際上說起來容易做起來難。例如，您應該從哪里開始閱讀代碼？哪些源文件包含實現I / O重定向的代碼?在哪里可以找到解析用戶命令的代碼？我想你明白了。

這就是為什么我決定編寫本教程的原因，以幫助Linux用戶和程序員更好地理解其shell。我們將一起從頭開始實現一個功能齊全的Linux Shell 。在此過程中，我們將看到Linux shell如何通過實際編寫執行上述任務的C代碼來管理解析和執行命令，循環和條件表達式。我們將討論字擴展和I / O重定向，并看到執行功能的代碼。

在本教程結束時，我們將擁有一個基本的Linux shell，目前尚不能做很多事情，但是在接下來的部分中我們將對其進行擴展和改進。在本系列的最后，我們將提供一個功能齊全的Linux shell，該shell可以解析和執行一組相當復雜的命令，循環和表達式。

　　您將需要什么

為了遵循本教程，您將需要以下內容：

一個運行良好的GNU / Linux系統。

GCC來編譯代碼。

編寫代碼的文本編輯器。

　　如何用C編程

我不會在這里詳細介紹安裝所需軟件的細節。如果不確定如何使系統運行上述任何軟件包，請參考Linux發行版的文檔，并確保在進行下一步操作之前已完成所有設置。

現在讓我們開始做生意。我們將從對構成Linux shell的鳥瞰圖開始。

　　Linux Shell的組件

Shell是一個復雜的軟件，包含許多不同的部分。

任何Linux殼的核心部分是命令行解釋，或CLI。這部分有兩個目的：讀取和解析用戶命令，然后執行解析的命令。您可以將CLI本身分為兩部分：解析器和執行器。

該解析器將掃描輸入，將其分解到令牌。甲令牌由一個或多個字符，和表示輸入的單個單元。例如，令牌可以是變量名，關鍵字，數字或算術運算符。

該分析器采用這些令牌，組在一起，并創建我們所說的一種特殊結構抽象語法樹，或AST。您可以將AST視為您提供給Shell的命令行的高級表示。解析器獲取AST并將其傳遞給執行器，該執行器讀取AST并執行解析后的命令。

Shell的另一部分是用戶界面，通常在Shell處于交互模式時操作。在這里，shell循環運行，我們稱為Read-Eval-Print-Loop或REPL。

就像循環的名稱所示，shell讀取輸入，解析并執行輸入，然后循環讀取下一個命令，依此類推，直到輸入以下命令為止： exit ， shutdown，要么 reboot。

大多數外殼程序實現一種稱為符號表的結構，該外殼程序用于存儲有關變量及其值和屬性的信息。我們將在本教程的第二部分中實現符號表。

Linux Shell還具有歷史記錄功能，該功能使用戶可以訪問最新輸入的命令，然后無需過多輸入即可編輯和重新執行命令。Shell也可以包含內置實用程序，它們是作為Shell程序本身的一部分實現的一組特殊命令。

內置實用程序包括常用命令，例如cd，fg和bg。在學習本教程時，我們將實現許多內置實用程序。

現在我們知道了典型Linux shell的基本組件，讓我們開始構建自己的shell。

　　我們的第一個殼

我們第一個版本的shell不會做任何花哨的事情。它只會打印一個提示字符串，讀取一行輸入，然后將輸入回顯到屏幕上。在本教程的后續部分中，我們將添加解析和執行命令，循環，條件表達式等的功能。

讓我們從為該項目創建目錄開始。我通常使用~/projects/ 用于我的新項目，但是請隨意使用您喜歡的任何方式。

我們要做的第一件事是編寫我們的基本REPL循環。創建一個名為main.c，然后使用您喜歡的文本編輯器將其打開。在您的計算機中輸入以下代碼main.c 文件：

#include

#include "shell.h"

int main(int argc, char **argv)

{

char *cmd;

{

print_prompt1();

cmd = read_cmd();

if(!cmd)

{

exit(EXIT_SUCCESS);

}

if(cmd[0] == '

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