开发基于Linux的shell

什么是贝壳？

它是用户与操作系统交互的可见部分，用户通过向shell提供命令与操作系统交互，shell反过来解释并执行这些命令。

下图显示了简化的执行过程，其中shell接收输入， 将其传递给词法分析器（将详细讨论），后者将创建标记，然后词法分析器的输出将传递给解析器，解析器将检查语法错误并执行指定的语义操作（这将构建命令表），最后，当解析器到达某个点时，表将被执行。

外壳将由3个组件实现，如下面的架构图所示：

1.词法分析器 输入解析的第一部分是词法分析阶段，输入被逐字读取以形成标记，我们将使用一个名为lex的命令来构建文件，在这个文件中，我们将定义模式，后跟：标记名词法分析器将逐个字符读取输入，当模式匹配左侧的字符串时，它将转换为右侧的字符串。 前任：

Command input: ls -al

解析器将读取l，然后s，形成一个名为WORD的标记，然后读取字符（al）并形成一个选项。输出将是WORD选项，该输出将被传递给解析器，以检查是否存在语法错误。

1.#：IO 2. [ 1 ]?”>” : 木卫一 3.“：IO 5. [ 1]?”>>” : 木卫一 6.[1-2]“>&[1-2]：IOR 7.“|”：管道 8.“&”：符号和 9.[]“-”[a-zA-Z0-9]*：选项 10.[]“–”[a-zA-Z=a-zA-Z]*：选项2 11. \%=+’”()$/\_-.?*~a-zA-Z0-9]+：单词

上面的语法由11个标记组成，这些标记在输入满足标记描述时形成。 IO令牌由一个#字符或一个“>”组成，前面可以是数字1（最多一次），或者“我们将其作为一个新令牌引入，以取代错误重定向令牌，IO的另一种形式是使用“>>”，前面可以是数字1（最多一次），最后是“>&”，它是一个IOR，前面和/或后面可以是一个或两个。

pipe和ampersand标记分别在“|”和“&”处形成，选项标记在前面有一个连字符，后面有空格，后面有任何字母字符或数字时形成。 当两个连字符前面有空格，后面有任何字母字符时，就会形成option2标记。 单词标记可以由字母字符、数字和以下字符构成%、=、+、’、“、（、）、$、/、-、、？、*~

2.解析器 从输入中生成标记后，标记作为流传递给解析器，解析器解析输入以检测语法错误并执行指定的语义操作。解析器可以被认为是语言的语法和语法（它定义了我们的命令将如何看起来像可接受的东西），我们将使用一个名为yacc的命令来编译语法，我们将语法构造为一种状态形式，这使得语法的构造和部署更容易。

下面是我们的语法定义：

1.q00:NEWLINE{return 0；}|cmd q1 q0 |错误； 2.q0:NEWLINE{return 1；}|管道q00{clrcont；}； 3.q1：选项q2 |选项q2 |参数列表q3 | io |修改器q4 |背景q5 | io |描述q3 |/*空*/{InsertNode（）；clrcont（）；}； 4.q2:arg_list q3 | io_修饰符q4 | io_descr q3 |后台q5 |/*空*/{InsertNode（）；clrcont（）；}； 5.q3:io_修饰符q4 | io_descr q3 |背景q5 |/*空*/{InsertNode（）；clrcont（）；}； 6.q4：文件q3； 7.cmd:WORD{cmad.cmd=yylval.str；}； 8.arg|u列表：arg|arg|u列表； 9.arg:WORD{insertArgNode（yylval.str）；}； 10.文件：WORD{io_red（yylval.str）；}； 11.io_修饰语：io{cmad.op=yylval.str；}； 12.io_descr:IOR{cmad.op=yylval.str；}； 13.选项：选项{cmad.opt=yylval.str；}选项2{cmad.opt2=yylval.str；}； 14.背景：符号{bg=’1’；}； 15.q5:/*空*/{InsertNode（）；clrcont（）；}；

上述语法指定了解析过程的不同状态，

解析器从状态q00开始解析，直到到达状态q5、q3、q1中的一个，由于使用的解析技术（自下而上的解析），以相反的方式发生。语法根据标记的位置减少标记，如果单词出现在开头，可以将其减少为cmd，如果它出现在命令之后，则可以将其减少为arg_list，文件如果在重定向后出现，则根据语法分析句子，从状态q00开始，解析器通过读取cmd移动到状态q1，在状态q1，如果解析器读取选项，则句子可以有以下参数之一，IO或背景在后面，或者什么都没有，如果解析器读取参数，那么句子只能在后面有重定向，如果解析器读取一个符号，那么后面应该没有任何内容。

然后，当解析器读取管道时，该过程再次开始，这允许多个简单命令通过管道连接，形成一个复杂命令。 我们将简单命令定义为包含命令、选项、参数和/或IO重定向的任何命令。 使用管道将多个简单命令组合在一起，形成一个我们称之为复杂命令的结构。

与语法相关联的语义动作构建解析表，并将命令值分配给数据结构，该数据结构在构建命令表后将发送给执行器。 命令表由简单命令行组成，这些行由管道连接的复杂命令、保存要执行的命令名的简单命令项、与命令一起执行的选项、保存应传递给命令的参数的参数组成，标准输入（stdIn）指定命令将从中获取输入的位置。默认情况下，它是终端，除非命令中另有规定。标准输出（stdOut）指定命令将打印执行输出的位置，默认情况下，它是终端，标准错误（stdError）指定命令打印执行错误消息的位置，默认情况下，除非用户重定向，否则它是终端。

构建的语法允许以下语法：

它允许带有选项、参数、IO重定向的命令作为后台进程（&）。如果我们连接多个简单命令，就形成了一个复杂的命令。

在解析命令时，解析器将命令详细信息保存在表中，以便传递给执行器。

我们选择了一个表作为数据结构，我们需要存储关于每个命令、命令、选项、选项2、参数、StdIn、StdOut、StdError的以下信息。

例如：

ls –al | sort -r

该命令将生成下表（每行都是一个简单的命令，表本身是一个复杂的命令）。

3.遗嘱执行人

在创建命令表之后，执行器负责为表中的每个命令创建一个进程，并在需要时处理任何重定向。 执行器在表中迭代执行每个简单命令，并在表中的每个条目（简单命令）将其连接到下一个命令。执行器命令将命令、选项和参数传递到execvp函数，该函数将当前调用过程替换为被调用过程，execvp函数作为第一个参数，接收要执行的文件名和一个以null结尾的数组，该数组包含后跟参数的选项（如果有的话）。

但是，在调用execvp之前，执行器在shell中处理重定向，如果命令前面有一个命令，这意味着之前有一个管道，因此命令的输入被设置为从上一个管道接收，那么将检查该命令是否存在任何输入重定向，如果存在该重定向，将覆盖来自上一个管道的输入，如果命令前面没有命令，则没有管道（简单命令），否则（多个简单命令）命令的输出将发送到表中的下一个命令，然后，如果存在输入重定向，则会检查该命令的输出重定向。来自指定文件的输入会覆盖来自上一个命令的输入。

处理重定向后，将检查命令的后台标志，该标志指示shell是否应等待命令完成执行或发送进程以在后台执行，现在为了让执行者执行命令，它必须创建要执行的shell映像，executor分叉当前进程（shell）并在这个分叉的子进程上执行命令。

执行器首先执行第一行，将命令的输出设置为标准输出，然后覆盖管道的输出，以便由第二个命令接收，在第一个命令（ls–al）执行后，第二个命令开始执行，首先分配要从标准输入读取的输入，然后，由于该命令前面有另一个命令，因此输入设置为从管道接收，并且由于该命令不包含任何输入重定向（来自文件），因此该命令的标准输入将保留在管道中，该命令的标准输出将显示在屏幕上，然后检查该命令是否应将其输出发送到以下命令，在本例中，这是最后一个命令，因此输出不会被管道覆盖，但由于该命令具有指向文件的输出重定向，该文件将覆盖标准输出。

执行以下命令

ls –al | sort –r >file

解析器构建的表如下所示：

executor代码将在这个表上迭代，执行上面提到的步骤，并在命令完成时清除所有内容，以准备接收下一个命令。