C语言模拟Linux命令解释程序（Linux Shell）

博主：岁月年华
发布时间：2020 年 04 月 06 日
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分类：操作系统

C语言模拟Linux命令解释程序（Linux Shell）

OS的课程实验之一，疫情原因窝在家里不想动，OS网课上的心烦，所以这个实验也没有写的特别的完善，实现了外部命令和五六条内部命令，内部命令也基本没有实现参数，如果以后有时间再尝试实现吧。

0x00 实验目的

探索、理解并掌握操作系统命令解释器的设计原理和实现机制，基于 Linux 内核进行相应命令解释程序的设计和实现，并在 Linux 操作系统平台上加以测试验证。

0x01 实验环境

系统环境：MAC OS Catalina 10.15.3
虚拟机环境：Parallels desktop 15+Ubuntu 18.04.3 LTS
编程语言：C语言

0x02运行环境

理论上可以在Linux的各个发行版中运行

0x03实现代码

其中调用了一些系统调用函数，比如exec函数集用来实现外部命令的调用，内部命令也大部分依靠系统调用函数实现。
具体函数可以通过其他大佬的博客查找用法。我的代码中大部分内容注释已经解释了，所以下面直接给出代码，不再过多解释。
msh.h:

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include  <stdio.h>
#include  <stdlib.h>
#include  <unistd.h>
#include  <string.h>
#include <dirent.h>
#include <time.h>
#include<pwd.h>
#include <sys/stat.h>

msh.c:

#include "msh.h"

char cwd[80];  //当前工作目录
char *PATH[100];
int num_path=0;  //环境变量数
char src_path[400];  //原环境变量


//==========================环境变量==============================

/*
    分割环境变量字符串
*/
int split_path(char *buf,char **argv)
{
    int i=0;  //buf指针
    int j=0;  //字符串头位置指针
    int argc=0;

    while(*(buf+i)==' ')  //找到第一个不为0的字符
        i++;
    j=i;
    while(1)
    {
        if(*(buf+i)==':')
        {
            argv[argc++]=(buf+j);  //将这个字串的头指针赋给
            *(buf+i)='\0';  //将这个字符串的末尾加0分割
            i++;
            while(*(buf+i)==' ')  //找到下一个不为0的字符
                i++;
            j=i;
        }
        else if(*(buf+i)=='\0')
        {
            argv[argc++]=(buf+j);
            break;
        }
        else
            i++;
    }
    return argc;
}

/*
    初始化环境变量
*/
void init_path()
{
    char *buf;

    buf=getenv("PATH");
    strcpy(src_path,buf);
    num_path=split_path(src_path,PATH);
    return;
}

/*
    改变环境变量
*/
void export_path(char *now)
{
    char *newpath[30];  //新增环境变量指针
    int newnum;  //新增环境变量数量
    char *buf;

    for(int i=0;i<num_path;i++)
        PATH[i]=NULL;
    buf=getenv("PATH");
    strcpy(src_path,buf);
    num_path=split_path(src_path,PATH);
    newnum=split_path(now,newpath);  //分割
    if(strcmp(newpath[0],"$PATH")==0)  //如果保留原环境变量，将新增加在末尾
    {
        for(int i=0;i<newnum-1;i++)
        {
            PATH[num_path+i]=newpath[i+1];
        }
        num_path+=(newnum-1);
    }
    else if(strcmp(newpath[newnum-1],"$PATH")==0)  //保留原环境变量，将新增加在开头
    {
        for(int i=0;i<num_path;i++)
        {
            PATH[num_path-i+newnum-2]=PATH[num_path-1-i];
        }
        for(int i=0;i<newnum-1;i++)
        {
            PATH[i]=newpath[i];
        }
        num_path+=(newnum-1);
    }
    else  //清除原环境变量，替换为新增
    {
        for(int i=0;i<num_path;i++)
        {
            PATH[i]=NULL;
        }
        for(int i=0;i<newnum;i++)
        {
            PATH[i]=newpath[i];
        }
        num_path=newnum;
    }

    // 连接新环境变量为字符串
    char tmp[600];
    strcpy(tmp,PATH[0]);
    for(int i=1;i<num_path;i++)
    {
        strcat(tmp,":");
        strcat(tmp,PATH[i]);
    }
    setenv("PATH",tmp,1);  //设置新的环境变量

    return;
}

char* split_pathhead(char *str)
{
    int i=0;
    while(*(str+i)!='=')
        i++;
    str=str+i+1;
    return str;
}

//==========================外部变量==============================

/*
    在环境变量中寻找外部命令
*/
/*
int find_file(char *argv)
{
    int i=0;
    char tmp[50];
    strcpy(tmp,argv);
    while(*(argv+i)!='\0')  //找到"/"，不是文件名，返回
    {
        if(*(argv+i)=='/')  
        {
            return 0;  //路径
        }
        else
        {
            i++;
        }       
    }
    DIR *dirp; 
    struct dirent *dp;

    for(int i=0;i<num_path;i++)
    {
        dirp = opendir(PATH[i]); //打开目录指针
        while ((dp = readdir(dirp)) != NULL) { //通过目录指针读目录
            if(strcmp(dp->d_name,argv)==0)
            {
                strcpy(tmp,PATH[i]);
                strcat(tmp,"/");
                strcat(tmp,argv);
                strcpy(argv,tmp);
                (void) closedir(dirp); //关闭目录
                return 1;  //找到文件
            }
        }      
        (void) closedir(dirp); //关闭目录
    }
    return 2;  //未找到
}
*/
int bulidout_commend(char **argv)
{
    pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值  
    /*
    int flag=0;
    char *envp[3] = { "", "TERM=console", NULL };  //环境
    // 连接新环境变量为字符串
    char tmp[400];
    strcpy(tmp,"PATH=");
    strcat(tmp,PATH[0]);
    for(int i=1;i<num_path;i++)
    {
        strcat(tmp,":");
        strcat(tmp,PATH[i]);
    }
    envp[0]=tmp;

    char filename[20];
    strcpy(filename,argv[0]);
    int flag;
    flag=find_file(filename);
    */
        //argv[0]=filename;
    fpid = fork();
    if(fpid == 0)
    {
        if(execvp(argv[0], argv)<0)
        {
            printf("%s:command not found.\n",argv[0]);
            exit(0);
        }
    }
    else
        wait(NULL);
    return 0;
}


//==========================辅助函数==============================

/*
    分割命令字符串
*/
int split(char *buf,char **argv)
{
    int i=0;  //buf指针
    int j=0;  //字符串头位置指针
    int argc=0;

    while(*(buf+i)==' ')  //找到第一个不为0的字符
        i++;
    j=i;
    while(1)
    {
        if(*(buf+i)==' ')
        {
            argv[argc++]=(buf+j);  //将这个字串的头指针赋给
            *(buf+i)='\0';  //将这个字符串的末尾加0分割
            i++;
            while(*(buf+i)==' ')  //找到下一个不为0的字符
                i++;
            j=i;
        }
        else if(*(buf+i)=='\0')
        {
            argv[argc++]=(buf+j);
            argv[argc]=NULL;  //最后一个指针为空
            break;
        }
        else
            i++;
    }
    return argc;
}

//==========================内部命令==============================

/*
    touch命令实现函数
*/
void touch_cmd(int argc,char **argv)
{
    FILE *fp;

    fp=fopen(argv[1],"w");
    fclose(fp);
}

void date_cmd(int argc,char **argv)
{
    time_t timep;
    struct tm *up,* gp;
    time (&timep);
    up=gmtime(&timep);
    gp=gmtime(&timep);
    if(argc==1)
    {
        printf("%d年 %d月 %d日 %d:%d:%d UTC\n",1900+up->tm_year,1+up->tm_mon,
        up->tm_mday,8+up->tm_hour,up->tm_min,up->tm_sec);
    }
    else if(argc==2&&strcmp(argv[1],"-u")==0)
    {
        printf("%d年 %d月 %d日 %d:%d:%d CST\n",1900+gp->tm_year,1+gp->tm_mon,
        gp->tm_mday,gp->tm_hour,gp->tm_min,gp->tm_sec);
    }
    else
    {
        printf("date:commend error!\n");
    }
    return;
}

int bulidin_commend(char **argv,int argc)
{    
    if(strcmp("exit",argv[0])==0)
    {
        exit(0);
    }
    else if(strcmp("pwd",argv[0])==0)
    {
        getcwd(cwd,sizeof(cwd));
        printf("%s\n",cwd);
        return 0;
    }
    else if(strcmp("touch",argv[0])==0)
    {
        touch_cmd(argc,argv);
        return 0;
    }
    else if(strcmp("cd",argv[0])==0)
    {
        if(chdir(argv[1])==0)
            return 0;
        else
        {
            printf("cd:no such file or directory\n");
            return 0;
        }
    }
    else if(strcmp("export",argv[0])==0)
    {
        argv[1]=split_pathhead(argv[1]);
        export_path(argv[1]);
        return 0;
    }
    else if(strcmp("date",argv[0])==0)
    {
        date_cmd(argc,argv);
        return 0;
    }
     else if(strcmp("whoami",argv[0])==0)
    {
        uid_t id;
        struct passwd * pa;
        id=geteuid();
        pa=getpwuid(id);
        printf("%s\n",pa->pw_name);
        return 0;
    }
    else if((strcmp("echo",argv[0])==0)&&(strcmp("$PATH",argv[1])==0))
    {
        char *nn;
        nn=getenv("PATH");
        printf("PATH=%s\n",nn);
        return 0;
    }
    else
        return 1;  //未找到匹配命令
}

//==========================工作函数==============================

void work(char *str)
{
    char *argv[5];
    int argc=0;
    argc=split(str,argv);
    if(bulidin_commend(argv,argc)==0)  //内部命令执行
    {
        return;
    }
    else
    {
        bulidout_commend(argv);  //外部命令执行
    }
    return;
}


//==========================main==============================

int main()
{
    char cmd[100];  //命令
    init_path();
    while(1)
    {
        getcwd(cwd,sizeof(cwd));
        printf("msh_Shell:%s>",cwd);
        gets(cmd);  //读取输入字符串
        work(cmd);  //工作函数
    }
    return 0;
}

0x04 测试结果

1、执行效果

下面是当程序运行起来后显示的提示符等内容：
执行结果

2、环境变量显示与设置

使用“echo $PATH”命令来显示当前的系统环境变量PATH的值，如下：
环境变量显示与设置1
我们可以看一下使用“export”命令设置环境变量PATH，如下：环境变量显示与设置2

3、外部命令执行

下面执行外部命令ps，结果如下：外部命令1
下面是外部命令ping的执行结果，如下：外部命令2

4、内部命令执行

内部命令包括：“cd”，“pwd”，“whoami”，“touch”，“date”，“exit”，经测试，所有命令均成功执行，下面只展示cd命令和date命令的测试结果：

1、cd命令

cd命令

2、date命令

date命令

0x05 后记

本来想多实现一些内部命令的参数，但是一是因为自己懒，二是实力还有所欠缺，因为用户输入参数时可以分开输入，也可以合起来输入，如“ls -al”这样，我发现如果一一实现的话花费时间较长，当然了我已经将所有输入分割出来了，下面就是识别问题，但是这个工程量有些大（主要是ddl到了/笑哭），所以就没有实现。如果以后有机会再实现一下吧。
当然我也发现我有一部分其实写的有些复杂了，是因为前期没有规划好每个功能的实现逻辑，在写完一部分后发现有代码冗余，这也提醒我了下次写代码的时候事先做好规划，以后改进hhh

源码已上传GitHub：源代码

END

本文作者：岁月年华
文章标题：C语言模拟Linux命令解释程序（Linux Shell）
本文地址：http://hackerhome.top/index.php/archives/6/
版权说明：若无注明，本文皆由"岁月年华的秘密基地"原创，转载请保留文章出处。

最后修改：2021 年 02 月 13 日 12 : 50 AM

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2 条评论

qvfzzmttno
October 6th, 2024 at 07:33 pm

想想你的文章写的特别好www.jiwenlaw.com

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ujpjlnwxyb
September 23rd, 2024 at 09:26 am

不错不错，我喜欢看

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哈哈哈，写的太好了https://www.cscnn.com/
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C语言模拟Linux命令解释程序（Linux Shell）

岁月年华 • 2020 年 04 月 06 日

C语言模拟Linux命令解释程序（Linux Shell）

0x00 实验目的

0x01 实验环境

系统环境：MAC OS Catalina 10.15.3
虚拟机环境：Parallels desktop 15+Ubuntu 18.04.3 LTS
编程语言：C语言

0x02运行环境

理论上可以在Linux的各个发行版中运行

0x03实现代码

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include  <stdio.h>
#include  <stdlib.h>
#include  <unistd.h>
#include  <string.h>
#include <dirent.h>
#include <time.h>
#include<pwd.h>
#include <sys/stat.h>

msh.c:

#include "msh.h"

char cwd[80];  //当前工作目录
char *PATH[100];
int num_path=0;  //环境变量数
char src_path[400];  //原环境变量


//==========================环境变量==============================

/*
    分割环境变量字符串
*/
int split_path(char *buf,char **argv)
{
    int i=0;  //buf指针
    int j=0;  //字符串头位置指针
    int argc=0;

    while(*(buf+i)==' ')  //找到第一个不为0的字符
        i++;
    j=i;
    while(1)
    {
        if(*(buf+i)==':')
        {
            argv[argc++]=(buf+j);  //将这个字串的头指针赋给
            *(buf+i)='\0';  //将这个字符串的末尾加0分割
            i++;
            while(*(buf+i)==' ')  //找到下一个不为0的字符
                i++;
            j=i;
        }
        else if(*(buf+i)=='\0')
        {
            argv[argc++]=(buf+j);
            break;
        }
        else
            i++;
    }
    return argc;
}

/*
    初始化环境变量
*/
void init_path()
{
    char *buf;

    buf=getenv("PATH");
    strcpy(src_path,buf);
    num_path=split_path(src_path,PATH);
    return;
}

/*
    改变环境变量
*/
void export_path(char *now)
{
    char *newpath[30];  //新增环境变量指针
    int newnum;  //新增环境变量数量
    char *buf;

    for(int i=0;i<num_path;i++)
        PATH[i]=NULL;
    buf=getenv("PATH");
    strcpy(src_path,buf);
    num_path=split_path(src_path,PATH);
    newnum=split_path(now,newpath);  //分割
    if(strcmp(newpath[0],"$PATH")==0)  //如果保留原环境变量，将新增加在末尾
    {
        for(int i=0;i<newnum-1;i++)
        {
            PATH[num_path+i]=newpath[i+1];
        }
        num_path+=(newnum-1);
    }
    else if(strcmp(newpath[newnum-1],"$PATH")==0)  //保留原环境变量，将新增加在开头
    {
        for(int i=0;i<num_path;i++)
        {
            PATH[num_path-i+newnum-2]=PATH[num_path-1-i];
        }
        for(int i=0;i<newnum-1;i++)
        {
            PATH[i]=newpath[i];
        }
        num_path+=(newnum-1);
    }
    else  //清除原环境变量，替换为新增
    {
        for(int i=0;i<num_path;i++)
        {
            PATH[i]=NULL;
        }
        for(int i=0;i<newnum;i++)
        {
            PATH[i]=newpath[i];
        }
        num_path=newnum;
    }

    // 连接新环境变量为字符串
    char tmp[600];
    strcpy(tmp,PATH[0]);
    for(int i=1;i<num_path;i++)
    {
        strcat(tmp,":");
        strcat(tmp,PATH[i]);
    }
    setenv("PATH",tmp,1);  //设置新的环境变量

    return;
}

char* split_pathhead(char *str)
{
    int i=0;
    while(*(str+i)!='=')
        i++;
    str=str+i+1;
    return str;
}

//==========================外部变量==============================

/*
    在环境变量中寻找外部命令
*/
/*
int find_file(char *argv)
{
    int i=0;
    char tmp[50];
    strcpy(tmp,argv);
    while(*(argv+i)!='\0')  //找到"/"，不是文件名，返回
    {
        if(*(argv+i)=='/')  
        {
            return 0;  //路径
        }
        else
        {
            i++;
        }       
    }
    DIR *dirp; 
    struct dirent *dp;

    for(int i=0;i<num_path;i++)
    {
        dirp = opendir(PATH[i]); //打开目录指针
        while ((dp = readdir(dirp)) != NULL) { //通过目录指针读目录
            if(strcmp(dp->d_name,argv)==0)
            {
                strcpy(tmp,PATH[i]);
                strcat(tmp,"/");
                strcat(tmp,argv);
                strcpy(argv,tmp);
                (void) closedir(dirp); //关闭目录
                return 1;  //找到文件
            }
        }      
        (void) closedir(dirp); //关闭目录
    }
    return 2;  //未找到
}
*/
int bulidout_commend(char **argv)
{
    pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值  
    /*
    int flag=0;
    char *envp[3] = { "", "TERM=console", NULL };  //环境
    // 连接新环境变量为字符串
    char tmp[400];
    strcpy(tmp,"PATH=");
    strcat(tmp,PATH[0]);
    for(int i=1;i<num_path;i++)
    {
        strcat(tmp,":");
        strcat(tmp,PATH[i]);
    }
    envp[0]=tmp;

    char filename[20];
    strcpy(filename,argv[0]);
    int flag;
    flag=find_file(filename);
    */
        //argv[0]=filename;
    fpid = fork();
    if(fpid == 0)
    {
        if(execvp(argv[0], argv)<0)
        {
            printf("%s:command not found.\n",argv[0]);
            exit(0);
        }
    }
    else
        wait(NULL);
    return 0;
}


//==========================辅助函数==============================

/*
    分割命令字符串
*/
int split(char *buf,char **argv)
{
    int i=0;  //buf指针
    int j=0;  //字符串头位置指针
    int argc=0;

    while(*(buf+i)==' ')  //找到第一个不为0的字符
        i++;
    j=i;
    while(1)
    {
        if(*(buf+i)==' ')
        {
            argv[argc++]=(buf+j);  //将这个字串的头指针赋给
            *(buf+i)='\0';  //将这个字符串的末尾加0分割
            i++;
            while(*(buf+i)==' ')  //找到下一个不为0的字符
                i++;
            j=i;
        }
        else if(*(buf+i)=='\0')
        {
            argv[argc++]=(buf+j);
            argv[argc]=NULL;  //最后一个指针为空
            break;
        }
        else
            i++;
    }
    return argc;
}

//==========================内部命令==============================

/*
    touch命令实现函数
*/
void touch_cmd(int argc,char **argv)
{
    FILE *fp;

    fp=fopen(argv[1],"w");
    fclose(fp);
}

void date_cmd(int argc,char **argv)
{
    time_t timep;
    struct tm *up,* gp;
    time (&timep);
    up=gmtime(&timep);
    gp=gmtime(&timep);
    if(argc==1)
    {
        printf("%d年 %d月 %d日 %d:%d:%d UTC\n",1900+up->tm_year,1+up->tm_mon,
        up->tm_mday,8+up->tm_hour,up->tm_min,up->tm_sec);
    }
    else if(argc==2&&strcmp(argv[1],"-u")==0)
    {
        printf("%d年 %d月 %d日 %d:%d:%d CST\n",1900+gp->tm_year,1+gp->tm_mon,
        gp->tm_mday,gp->tm_hour,gp->tm_min,gp->tm_sec);
    }
    else
    {
        printf("date:commend error!\n");
    }
    return;
}

int bulidin_commend(char **argv,int argc)
{    
    if(strcmp("exit",argv[0])==0)
    {
        exit(0);
    }
    else if(strcmp("pwd",argv[0])==0)
    {
        getcwd(cwd,sizeof(cwd));
        printf("%s\n",cwd);
        return 0;
    }
    else if(strcmp("touch",argv[0])==0)
    {
        touch_cmd(argc,argv);
        return 0;
    }
    else if(strcmp("cd",argv[0])==0)
    {
        if(chdir(argv[1])==0)
            return 0;
        else
        {
            printf("cd:no such file or directory\n");
            return 0;
        }
    }
    else if(strcmp("export",argv[0])==0)
    {
        argv[1]=split_pathhead(argv[1]);
        export_path(argv[1]);
        return 0;
    }
    else if(strcmp("date",argv[0])==0)
    {
        date_cmd(argc,argv);
        return 0;
    }
     else if(strcmp("whoami",argv[0])==0)
    {
        uid_t id;
        struct passwd * pa;
        id=geteuid();
        pa=getpwuid(id);
        printf("%s\n",pa->pw_name);
        return 0;
    }
    else if((strcmp("echo",argv[0])==0)&&(strcmp("$PATH",argv[1])==0))
    {
        char *nn;
        nn=getenv("PATH");
        printf("PATH=%s\n",nn);
        return 0;
    }
    else
        return 1;  //未找到匹配命令
}

//==========================工作函数==============================

void work(char *str)
{
    char *argv[5];
    int argc=0;
    argc=split(str,argv);
    if(bulidin_commend(argv,argc)==0)  //内部命令执行
    {
        return;
    }
    else
    {
        bulidout_commend(argv);  //外部命令执行
    }
    return;
}


//==========================main==============================

int main()
{
    char cmd[100];  //命令
    init_path();
    while(1)
    {
        getcwd(cwd,sizeof(cwd));
        printf("msh_Shell:%s>",cwd);
        gets(cmd);  //读取输入字符串
        work(cmd);  //工作函数
    }
    return 0;
}

0x04 测试结果

1、执行效果

下面是当程序运行起来后显示的提示符等内容：
执行结果

2、环境变量显示与设置

3、外部命令执行

下面执行外部命令ps，结果如下：外部命令1
下面是外部命令ping的执行结果，如下：外部命令2

4、内部命令执行

内部命令包括：“cd”，“pwd”，“whoami”，“touch”，“date”，“exit”，经测试，所有命令均成功执行，下面只展示cd命令和date命令的测试结果：

1、cd命令

cd命令

2、date命令

date命令

0x05 后记

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C语言模拟Linux命令解释程序（Linux Shell）

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0x00 实验目的

0x01 实验环境

0x02运行环境

0x03实现代码

0x04 测试结果

1、执行效果

2、环境变量显示与设置

3、外部命令执行

4、内部命令执行

1、cd命令

2、date命令

0x05 后记

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C语言模拟Linux命令解释程序（Linux Shell）

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0x01 实验环境

0x02运行环境

0x03实现代码

0x04 测试结果

1、执行效果

2、环境变量显示与设置

3、外部命令执行

4、内部命令执行

1、cd命令

2、date命令

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0x01 实验环境

0x02运行环境

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3、外部命令执行

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2、环境变量显示与设置

3、外部命令执行

4、内部命令执行

1、cd命令

2、date命令

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