【Linux初阶】基础IO - 简易 shell添加重定向功能

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🍭🍭系列专栏：【Linux初阶】
✒️✒️本篇内容：shell重定向功能的代码实现
🚢🚢作者简介：计算机海洋的新进船长一枚，请多多指教( •̀֊•́ ) ̖́-

文章目录

  • 前言
  • 一、Makefile文件
  • 二、shell代码修改（添加重定向功能）
    • 1.指令切割
    • 2.需要子进程实现重定向
    • 3.重定向代码填充（整体代码展示）
    • 4.运行展示
      • （1）输出重定向
      • （2）追加重定向
      • （3）输入重定向
  • 三、重定向不会影响父进程
  • 四、重定向不会影响程序替换
  • 结语

前言

本篇博客主要讲述 shell重定向功能的代码实现，其他简易shell的基础功能实现可查看作者这篇文章 -> 【Linux初阶】进程替换的应用 - 简易命令行解释器的实现

有对重定向基础概念和实现不清楚的同学可以看这篇文章 -> 【Linux初阶】基础IO - 文件管理(深入理解文件描述符) | 重定向

一、Makefile文件

myshell:myshell.cgcc - o $@ $ ^ -std = c99 # - DDEBUG
.PHONY:clean
clean :rm - f myshell

二、shell代码修改（添加重定向功能）

1.指令切割

实现重定向前，先要对指令做分割

  • “ls -a -l -i > myfile.txt” -> “ls -a -l -i” “myfile.txt” ->
  • “ls -a -l -i >> myfile.txt” -> “ls -a -l -i” “myfile.txt” ->
  • “cat < myfile.txt” -> “cat” “myfile.txt” ->

该段代码需要添加在，指令获取且去除 \n 之后

#define NONE_REDIR   0 //宏定义类型
#define INPUT_REDIR  1
#define OUTPUT_REDIR 2
#define APPEND_REDIR  3#define trimSpace(start) do{\                   //trimSpace过滤函数的实现while(isspace(*start)) ++start;\    //isspace判断*start是不是空格，是就++跳过}while(0)                               //isspace - #include <ctype.h>int redirType = NONE_REDIR; // 定义初始类型
char* redirFile = NULL;// "ls -a -l -i > myfile.txt" -> "ls -a -l -i" "myfile.txt" ->
void commandCheck(char* commands)
{assert(commands);char* start = commands; //定义指令检索始末位char* end = commands + strlen(commands);while (start < end) //合法范围内循环遍历{if (*start == '>'){*start = '\0';start++;if (*start == '>'){// "ls -a >> file.log"redirType = APPEND_REDIR; start++;}else{// "ls -a >    file.log"redirType = OUTPUT_REDIR; }trimSpace(start); //trimSpace过滤函数redirFile = start;break;}else if (*start == '<'){//"cat <      file.txt"*start = '\0';  //对指令进行拆分start++;trimSpace(start); //trimSpace过滤函数（实现在上面），对 *start指向的空格进行过滤// 填写重定向信息redirType = INPUT_REDIR;redirFile = start;break;}else{start++;}}
}// "ls -a -l -i > myfile.txt" -> "ls -a -l -i" "myfile.txt" ->
// "ls -a -l -i >> myfile.txt" -> "ls -a -l -i" "myfile.txt" ->
// "cat < myfile.txt" -> "cat" "myfile.txt" ->
commandCheck(lineCommand);

———— 我是一条知识分割线 ————

2.需要子进程实现重定向

原来的子进程执行代码

if (id == 0)
{execvp(myargv[0], myargv); exit(1);
}

修改后的子进程执行代码

if (id == 0)
{// 因为命令是子进程执行的，真正重定向的工作一定要是子进程来完成// 如何重定向，是父进程要给子进程提供信息的// 这里重定向会影响父进程吗？不会，进程具有独立性switch (redirType) //根据不同类型，执行不同的功能{case NONE_REDIR:// 什么都不做break;case INPUT_REDIR:{int fd = open(redirFile, O_RDONLY); //调用open系统接口，需要三个头文件（可自行查看）if (fd < 0) {perror("open");exit(errno);}// 重定向的文件已经成功打开了dup2(fd, 0); //dup2接口实现输入重定向}break;case OUTPUT_REDIR:case APPEND_REDIR: //两个合封在一起{umask(0);int flags = O_WRONLY | O_CREAT; //写入和创建if (redirType == APPEND_REDIR) flags |= O_APPEND; //追加下添加flagelse flags |= O_TRUNC; //不是追加要清空int fd = open(redirFile, flags, 0666);if (fd < 0){perror("open");exit(errno);}dup2(fd, 1); //dup2接口实现输出重定向}break;default:printf("bug?\n");break;}execvp(myargv[0], myargv); // 执行程序替换的时候，会不会影响曾经进程打开的重定向的文件？不会exit(1);
}

———— 我是一条知识分割线 ————

3.重定向代码填充（整体代码展示）

由于重定向是由子进程进行的，进程每次运行完需要恢复 redirType、redirFile、errno，防止被第二次运行的子进程再次使用上一次的端口数据。

        redirType = NONE_REDIR;redirFile = NULL;errno = 0;

我们可以将上述代码添加到，总的循环开始的地方，即 main函数的 while后。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>
#include <assert.h>
#include <errno.h>#define NUM 1024
#define OPT_NUM 64#define NONE_REDIR   0
#define INPUT_REDIR  1
#define OUTPUT_REDIR 2
#define APPEND_REDIR  3#define trimSpace(start) do{\while(isspace(*start)) ++start;\}while(0)char lineCommand[NUM];
char* myargv[OPT_NUM]; //指针数组
int  lastCode = 0;
int  lastSig = 0;int redirType = NONE_REDIR;
char* redirFile = NULL;// "ls -a -l -i > myfile.txt" -> "ls -a -l -i" "myfile.txt" ->
void commandCheck(char* commands)
{assert(commands);char* start = commands;char* end = commands + strlen(commands);while (start < end){if (*start == '>'){*start = '\0';start++;if (*start == '>'){// "ls -a >> file.log"redirType = APPEND_REDIR;start++;}else{// "ls -a >    file.log"redirType = OUTPUT_REDIR;}trimSpace(start);redirFile = start;break;}else if (*start == '<'){//"cat <      file.txt"*start = '\0';start++;trimSpace(start);// 填写重定向信息redirType = INPUT_REDIR;redirFile = start;break;}else{start++;}}
}int main()
{while (1){redirType = NONE_REDIR;redirFile = NULL;errno = 0;// 输出提示符printf("用户名@主机名 当前路径# ");fflush(stdout);// 获取用户输入, 输入的时候，输入\nchar* s = fgets(lineCommand, sizeof(lineCommand) - 1, stdin);assert(s != NULL);(void)s;// 清除最后一个\n , abcd\nlineCommand[strlen(lineCommand) - 1] = 0; // ?//printf("test : %s\n", lineCommand);// "ls -a -l -i" -> "ls" "-a" "-l" "-i" -> 1->n// "ls -a -l -i > myfile.txt" -> "ls -a -l -i" "myfile.txt" ->// "ls -a -l -i >> myfile.txt" -> "ls -a -l -i" "myfile.txt" ->// "cat < myfile.txt" -> "cat" "myfile.txt" ->commandCheck(lineCommand);// 字符串切割myargv[0] = strtok(lineCommand, " ");int i = 1;if (myargv[0] != NULL && strcmp(myargv[0], "ls") == 0){myargv[i++] = (char*)"--color=auto";}// 如果没有子串了，strtok->NULL, myargv[end] = NULLwhile (myargv[i++] = strtok(NULL, " "));// 如果是cd命令，不需要创建子进程,让shell自己执行对应的命令，本质就是执行系统接口// 像这种不需要让我们的子进程来执行，而是让shell自己执行的命令 --- 内建/内置命令if (myargv[0] != NULL && strcmp(myargv[0], "cd") == 0){if (myargv[1] != NULL) chdir(myargv[1]);continue;}if (myargv[0] != NULL && myargv[1] != NULL && strcmp(myargv[0], "echo") == 0){if (strcmp(myargv[1], "$?") == 0){printf("%d, %d\n", lastCode, lastSig);}else{printf("%s\n", myargv[1]);}continue;}// 测试是否成功, 条件编译
#ifdef DEBUGfor (int i = 0; myargv[i]; i++){printf("myargv[%d]: %s\n", i, myargv[i]);}
#endif// 内建命令 --> echo// 执行命令pid_t id = fork();assert(id != -1);if (id == 0){// 因为命令是子进程执行的，真正重定向的工作一定要是子进程来完成// 如何重定向，是父进程要给子进程提供信息的// 这里重定向会影响父进程吗？不会，进程具有独立性switch (redirType){case NONE_REDIR:// 什么都不做break;case INPUT_REDIR:{int fd = open(redirFile, O_RDONLY);if (fd < 0) {perror("open");exit(errno);}// 重定向的文件已经成功打开了dup2(fd, 0);}break;case OUTPUT_REDIR:case APPEND_REDIR:{umask(0);int flags = O_WRONLY | O_CREAT;if (redirType == APPEND_REDIR) flags |= O_APPEND;else flags |= O_TRUNC;int fd = open(redirFile, flags, 0666);if (fd < 0){perror("open");exit(errno);}dup2(fd, 1);}break;default:printf("bug?\n");break;}execvp(myargv[0], myargv); // 执行程序替换的时候，会不会影响曾经进程打开的重定向的文件？不会exit(1);}int status = 0;pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);assert(ret > 0);(void)ret;lastCode = ((status >> 8) & 0xFF);lastSig = (status & 0x7F);}
}

4.运行展示

将简易shell代码进行编译，形成可运行文件并运行

（1）输出重定向

将 ls -a -l 的内容重定向输出到 log.txt 文件中

在这里插入图片描述

（2）追加重定向

将 ls 的内容追加到 log.txt 中

在这里插入图片描述

（3）输入重定向

将文件 log.txt 中的内容重定向输入到 cat中

在这里插入图片描述

三、重定向不会影响父进程

重定向会影响父进程吗？不会，进程具有独立性

通过上面的代码我们可以知道，重定向是在子进程中运行的，在子进程重定向之前，它会将父进程的 task_struct 和 files_strcut都拷贝一份，用于对文件的操作，但是不需要将存储文件属性或文件内容的数据块再拷贝一次。

在这里插入图片描述

四、重定向不会影响程序替换

上图中所有的操作都属于内核数据结构的范畴，而程序替换替换的是代码和数据，和内核数据结构不是一个东西，它们相互之前并没有关系，因此重定向并不会影响程序替换。

在这里插入图片描述

结语

🌹🌹 Linux下简易 shell添加重定向功能 的知识大概就讲到这里啦，博主后续会继续更新更多C++ 和 Linux的相关知识，干货满满，如果觉得博主写的还不错的话，希望各位小伙伴不要吝啬手中的三连哦！你们的支持是博主坚持创作的动力！💪💪

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