Linux进程控制(三)：自定义Shell命令行解释器的实现与进程协作实践

2. Shell的工作流程

一个最简单的Shell是一个循环，每一步做三件事：

1. 读取：打印提示符（如 $ ），等待用户输入命令行字符串。
2. 解析：将输入的字符串分解成命令名和参数，并识别特殊符号（如管道符 | ）。
3. 执行：根据解析结果执行命令。如果是内建命令（如 cd、exit），由Shell自己处理；否则创建子进程执行外部程序。

下面我们一步步实现这个流程。

3. 自定义Shell的实现步骤

3.1 读取命令

我们使用C标准库函数 fgets() 从标准输入读取一行，然后去除末尾的换行符。为了让用户知道可以输入，先打印一个提示符，比如 "myshell$ "。

char input[1024];while (1) {    printf("myshell$ ");    fflush(stdout);    if (fgets(input, sizeof(input), stdin) == NULL) break;  // Ctrl+D 退出    input[strcspn(input, "")] = 0;  // 去掉换行符    // 接下来解析 input}

3.2 解析命令行

最简单的解析是用空格分割字符串得到命令和参数，同时检测是否包含管道符。为了支持管道，我们可以先将输入按 "|" 分割成多个子命令，然后对每个子命令再按空格分割出参数列表。这里用一个简化版本：假设最多支持一个管道，命令格式为 "cmd1 | cmd2"。

char *commands[2];int pipe_pos = -1;for (int i = 0; input[i]; i++) {    if (input[i] == "|") {        input[i] = 0;        commands[0] = input;        commands[1] = &input[i+1];        pipe_pos = 1;        break;    }}if (pipe_pos == -1) {  // 无管道    commands[0] = input;    commands[1] = NULL;}// 然后对每个命令用 strtok 分割参数...

3.3 执行内建命令

内建命令不需要创建新进程。例如 cd 需要改变当前工作目录，直接调用 chdir()；exit 则直接退出Shell循环。

if (strcmp(args[0], "cd") == 0) {    if (args[1] == NULL) chdir(getenv("HOME"));    else chdir(args[1]);    continue;}if (strcmp(args[0], "exit") == 0) {    break;}

3.4 执行外部命令（无管道）

对于外部命令，我们创建子进程，在子进程中用 execvp 执行，父进程用 wait 等待子进程结束。

pid_t pid = fork();if (pid == 0) {  // 子进程    execvp(args[0], args);    perror("exec failed");    exit(1);} else if (pid > 0) {    wait(NULL);  // 等待子进程结束} else {    perror("fork failed");}

3.5 实现管道：进程协作实战

当命令包含管道时，我们需要创建两个子进程，并让它们通过管道连接。例如执行 ls | grep .c：

• 创建一个管道（两个文件描述符：fd[0]读端，fd[1]写端）。
• 创建第一个子进程执行 ls，将其标准输出重定向到管道的写端（dup2(fd[1], STDOUT_FILENO)），然后关闭不必要的文件描述符，执行 ls。
• 创建第二个子进程执行 grep .c，将其标准输入重定向到管道的读端（dup2(fd[0], STDIN_FILENO)），然后执行 grep。
• 父进程关闭管道的两端，并等待两个子进程结束。

int fd[2];pipe(fd);pid_t pid1 = fork();if (pid1 == 0) {    dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);  // 标准输出指向管道写端    close(fd[0]); close(fd[1]);    execvp(cmd1[0], cmd1);    exit(1);}pid_t pid2 = fork();if (pid2 == 0) {    dup2(fd[0], STDIN_FILENO);   // 标准输入来自管道读端    close(fd[0]); close(fd[1]);    execvp(cmd2[0], cmd2);    exit(1);}close(fd[0]); close(fd[1]);      // 父进程关闭管道waitpid(pid1, NULL, 0);waitpid(pid2, NULL, 0);

这样，两个进程通过管道协作完成了数据处理，这正是 进程协作 的典型例子。

4. 完整示例与测试

将上述代码片段组合起来，你就有了一个具备基本功能的 自定义Shell。你可以编译运行它，尝试执行一些简单命令（如 ls、pwd）以及管道命令（如 ls -l | grep .txt）。当然，这个Shell还很简陋，不支持输入输出重定向、后台运行、多级管道等特性，但足以让你理解其核心原理。

5. 总结

通过本文，我们实践了 Linux进程控制 的几个关键系统调用：fork、exec、wait 和 pipe，并用它们实现了一个简易的 命令行解释器。我们不仅学习了如何启动新进程，还通过管道让多个进程协作完成任务。希望这篇教程能帮助你巩固进程管理知识，并为后续学习更复杂的Shell功能（如作业控制、重定向）打下基础。

本文涉及的核心关键词：Linux进程控制、自定义Shell、进程协作、命令行解释器实现。