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[25304] 2016-07-28_使用Python创建你自己的Shell（上）

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2016-07-28_使用Python创建你自己的Shell（上） 使 用   P y t h o n   创 建 你 自 己 的   S h e l l   （ 上 ） 原 创   译 者 ： c p o s t u r e   L i n u x 中 国   2 0 1 6 - 0 7 - 2 8 我 很 想 知 道 一 个   s h e l l   （ 像   b a s h ， c s h   等 ） 内 部 是 如 何 工 作 的 。 于 是 为 了 满 足 自 己 的 好 奇 心 ， 我 使 用   P y t h o n   实 现 了 一 个 名 为   y o s h   （ Y o u r O w n   S h e l l ） 的   S h e l l 。 本 文 章 所 介 绍 的 概 念 也 可 以 应 用 于 其 他 编 程 语 言 。 （ 提 示 ： 你 可 以 在 这 里 [ 1 ] 查 找 本 博 文 使 用 的 源 代 码 ， 代 码 以   M I T   许 可 证 发 布 。 在   M a c   O S   X   1 0 . 1 1 . 5   上 ， 我 使 用   P y t h o n   2 . 7 . 1 0   和   3 . 4 . 3   进 行 了 测 试 。 它 应 该 可 以 运 行 在 其 他 类   U n i x   环 境 ， 比 如   L i n u x   和   W i n d o w s   上 的   C y g w i n 。 ） 让 我 们 开 始 吧 。 步 骤 步 骤   0 ： 项 目 结 构 ： 项 目 结 构 对 于 此 项 目 ， 我 使 用 了 以 下 的 项 目 结 构 。 y o s h _ p r o j e c t   为 项 目 根 目 录 （ 你 也 可 以 把 它 简 单 命 名 为   y o s h ） 。 y o s h   为 包 目 录 ， 且   _ _ i n i t _ _ . p y   可 以 使 它 成 为 与 包 的 目 录 名 字 相 同 的 包 （ 如 果 你 不 用   P y t h o n   编 写 的 话 ， 可 以 忽 略 它 。 ） s h e l l . p y   是 我 们 主 要 的 脚 本 文 件 。 步 骤 步 骤   1 ： ： S h e l l   循 环 循 环 当 启 动 一 个   s h e l l ， 它 会 显 示 一 个 命 令 提 示 符 并 等 待 你 的 命 令 输 入 。 在 接 收 了 输 入 的 命 令 并 执 行 它 之 后 （ 稍 后 文 章 会 进 行 详 细 解 释 ） ， 你 的 y o s h _ p r o j e c t | - -   y o s h       | - -   _ _ i n i t _ _ . p y       | - -   s h e l l . p y
s h e l l   会 重 新 回 到 这 里 ， 并 循 环 等 待 下 一 条 指 令 。 在   s h e l l . p y   中 ， 我 们 会 以 一 个 简 单 的   m a i n   函 数 开 始 ， 该 函 数 调 用 了   s h e l l _ l o o p ( )   函 数 ， 如 下 ： 接 着 ， 在   s h e l l _ l o o p ( )   中 ， 为 了 指 示 循 环 是 否 继 续 或 停 止 ， 我 们 使 用 了 一 个 状 态 标 志 。 在 循 环 的 开 始 ， 我 们 的   s h e l l   将 显 示 一 个 命 令 提 示 符 ， 并 等 待 读 取 命 令 输 入 。 之 后 ， 我 们 t o k e n i z e 切 分 命 令 输 入 并 进 行 e x e c u t e 执 行 （ 我 们 即 将 实 现   t o k e n i z e   和   e x e c u t e   函 数 ） 。 因 此 ， 我 们 的   s h e l l _ l o o p ( )   会 是 如 下 这 样 ： d e f   s h e l l _ l o o p ( ) :         #   S t a r t   t h e   l o o p   h e r e d e f   m a i n ( ) :         s h e l l _ l o o p ( ) i f   _ _ n a m e _ _   = =   " _ _ m a i n _ _ " :         m a i n ( ) i m p o r t   s y s S H E L L _ S T A T U S _ R U N   =   1 S H E L L _ S T A T U S _ S T O P   =   0 d e f   s h e l l _ l o o p ( ) :         s t a t u s   =   S H E L L _ S T A T U S _ R U N         w h i l e   s t a t u s   = =   S H E L L _ S T A T U S _ R U N :                 # # #   显 示 命 令 提 示 符                 s y s . s t d o u t . w r i t e ( ' >   ' )                 s y s . s t d o u t . f l u s h ( )                 # # #   读 取 命 令 输 入                 c m d   =   s y s . s t d i n . r e a d l i n e ( ) i m p o r t   s y s S H E L L _ S T A T U S _ R U N   =   1 S H E L L _ S T A T U S _ S T O P   =   0
这 就 是 我 们 整 个   s h e l l   循 环 。 如 果 我 们 使 用   p y t h o n   s h e l l . p y   启 动 我 们 的   s h e l l ， 它 会 显 示 命 令 提 示 符 。 然 而 如 果 我 们 输 入 命 令 并 按 回 车 ， 它 会 抛 出 错 误 ， 因 为 我 们 还 没 定 义   t o k e n i z e   函 数 。 为 了 退 出   s h e l l ， 可 以 尝 试 输 入   c t r l - c 。 稍 后 我 将 解 释 如 何 以 优 雅 的 形 式 退 出   s h e l l 。 步 骤 步 骤   2 ： ： t o k e n i z e 命 令 切 分 命 令 切 分 当 用 户 在 我 们 的   s h e l l   中 输 入 命 令 并 按 下 回 车 键 ， 该 命 令 将 会 是 一 个 包 含 命 令 名 称 及 其 参 数 的 长 字 符 串 。 因 此 ， 我 们 必 须 切 分 该 字 符 串 （ 分 割 一 个 字 符 串 为 多 个 元 组 ） 。 咋 一 看 似 乎 很 简 单 。 我 们 或 许 可 以 使 用   c m d . s p l i t ( ) ， 以 空 格 分 割 输 入 。 它 对 类 似   l s   - a   m y _ f o l d e r   的 命 令 起 作 用 ， 因 为 它 能 够 将 命 令 分 割 为 一 个 列 表   [ ' l s ' ,   ' - a ' ,   ' m y _ f o l d e r ' ] ， 这 样 我 们 便 能 轻 易 处 理 它 们 了 。 然 而 ， 也 有 一 些 类 似   e c h o   " H e l l o   W o r l d "   或   e c h o   ' H e l l o   W o r l d '   以 单 引 号 或 双 引 号 引 用 参 数 的 情 况 。 如 果 我 们 使 用   c m d . s p i l t ， 我 们 将 会 得 到 一 个 存 有   3   个 标 记 的 列 表   [ ' e c h o ' ,   ' " H e l l o ' ,   ' W o r l d " ' ]   而 不 是   2   个 标 记 的 列 表   [ ' e c h o ' ,   ' H e l l o   W o r l d ' ] 。 幸 运 的 是 ， P y t h o n   提 供 了 一 个 名 为   s h l e x   的 库 ， 它 能 够 帮 助 我 们 如 魔 法 般 地 分 割 命 令 。 （ 提 示 ： 我 们 也 可 以 使 用 正 则 表 达 式 ， 但 它 不 是 本 文 的 重 点 。 ） d e f   s h e l l _ l o o p ( ) :         s t a t u s   =   S H E L L _ S T A T U S _ R U N         w h i l e   s t a t u s   = =   S H E L L _ S T A T U S _ R U N :                 # # #   显 示 命 令 提 示 符                 s y s . s t d o u t . w r i t e ( ' >   ' )                 s y s . s t d o u t . f l u s h ( )                 # # #   读 取 命 令 输 入                 c m d   =   s y s . s t d i n . r e a d l i n e ( )                 # # #   切 分 命 令 输 入                 c m d _ t o k e n s   =   t o k e n i z e ( c m d )                 # # #   执 行 该 命 令 并 获 取 新 的 状 态                 s t a t u s   =   e x e c u t e ( c m d _ t o k e n s ) i m p o r t   s y s i m p o r t   s h l e x . . .
然 后 我 们 将 这 些 元 组 发 送 到 执 行 进 程 。 步 骤 步 骤   3 ： 执 行 ： 执 行 这 是   s h e l l   中 核 心 而 有 趣 的 一 部 分 。 当   s h e l l   执 行   m k d i r   t e s t _ d i r   时 ， 到 底 发 生 了 什 么 ？ （ 提 示 ：   m k d i r   是 一 个 带 有   t e s t _ d i r   参 数 的 执 行 程 序 ， 用 于 创 建 一 个 名 为   t e s t _ d i r   的 目 录 。 ） e x e c v p   是 这 一 步 的 首 先 需 要 的 函 数 。 在 我 们 解 释   e x e c v p   所 做 的 事 之 前 ， 让 我 们 看 看 它 的 实 际 效 果 。 再 次 尝 试 运 行 我 们 的   s h e l l ， 并 输 入   m k d i r   t e s t _ d i r   命 令 ， 接 着 按 下 回 车 键 。 在 我 们 敲 下 回 车 键 之 后 ， 问 题 是 我 们 的   s h e l l   会 直 接 退 出 而 不 是 等 待 下 一 个 命 令 。 然 而 ， 目 录 正 确 地 创 建 了 。 因 此 ， e x e c v p   实 际 上 做 了 什 么 ？ e x e c v p   是 系 统 调 用   e x e c   的 一 个 变 体 。 第 一 个 参 数 是 程 序 名 字 。 v   表 示 第 二 个 参 数 是 一 个 程 序 参 数 列 表 （ 参 数 数 量 可 变 ） 。 p   表 示 将 会 使 用 环 境 变 量   P A T H   搜 索 给 定 的 程 序 名 字 。 在 我 们 上 一 次 的 尝 试 中 ， 它 将 会 基 于 我 们 的 P A T H   环 境 变 量 查 找 m k d i r   程 序 。 （ 还 有 其 他   e x e c   变 体 ， 比 如   e x e c v 、 e x e c v p e 、 e x e c l 、 e x e c l p 、 e x e c l p e ； 你 可 以   g o o g l e   它 们 获 取 更 多 的 信 息 。 ） e x e c   会 用 即 将 运 行 的 新 进 程 替 换 调 用 进 程 的 当 前 内 存 。 在 我 们 的 例 子 中 ， 我 们 的   s h e l l   进 程 内 存 会 被 替 换 为   m k d i r 程 序 。 接 着 ， m k d i r   成 为 主 进 程 并 创 建   t e s t _ d i r   目 录 。 最 后 该 进 程 退 出 。 这 里 的 重 点 在 于 我 们 的 我 们 的   s h e l l   进 程 已 经 被 进 程 已 经 被   m k d i r   进 程 所 替 换 进 程 所 替 换 。 这 就 是 我 们 的   s h e l l   消 失 且 不 会 等 待 下 一 条 命 令 的 原 因 。 因 此 ， 我 们 需 要 其 他 的 系 统 调 用 来 解 决 问 题 ： f o r k 。 f o r k   会 分 配 新 的 内 存 并 拷 贝 当 前 进 程 到 一 个 新 的 进 程 。 我 们 称 这 个 新 的 进 程 为 子 进 程 子 进 程 ， 调 用 者 进 程 为 父 进 程 父 进 程 。 然 后 ， 子 进 程 内 存 会 被 替 换 d e f   t o k e n i z e ( s t r i n g ) :         r e t u r n   s h l e x . s p l i t ( s t r i n g ) . . . i m p o r t   o s . . . d e f   e x e c u t e ( c m d _ t o k e n s ) :         # # #   执 行 命 令         o s . e x e c v p ( c m d _ t o k e n s [ 0 ] ,   c m d _ t o k e n s )         # # #   返 回 状 态 以 告 知 在   s h e l l _ l o o p   中 等 待 下 一 个 命 令         r e t u r n   S H E L L _ S T A T U S _ R U N . . .
为 被 执 行 的 程 序 。 因 此 ， 我 们 的   s h e l l ， 也 就 是 父 进 程 ， 可 以 免 受 内 存 替 换 的 危 险 。 让 我 们 看 看 修 改 的 代 码 。 当 我 们 的 父 进 程 调 用   o s . f o r k ( )   时 ， 你 可 以 想 象 所 有 的 源 代 码 被 拷 贝 到 了 新 的 子 进 程 。 此 时 此 刻 ， 父 进 程 和 子 进 程 看 到 的 是 相 同 的 代 码 ， 且 并 行 运 行 着 。 如 果 运 行 的 代 码 属 于 子 进 程 ， p i d   将 为   0 。 否 则 ， 如 果 运 行 的 代 码 属 于 父 进 程 ， p i d   将 会 是 子 进 程 的 进 程   i d 。 . . . d e f   e x e c u t e ( c m d _ t o k e n s ) :         # # #   分 叉 一 个 子   s h e l l   进 程         # # #   如 果 当 前 进 程 是 子 进 程 ， 其   ` p i d `   被 设 置 为   ` 0 `         # # #   否 则 当 前 进 程 是 父 进 程 的 话 ， ` p i d `   的 值         # # #   是 其 子 进 程 的 进 程   I D 。         p i d   =   o s . f o r k ( )         i f   p i d   = =   0 :         # # #   子 进 程                 # # #   用 被   e x e c   调 用 的 程 序 替 换 该 子 进 程                 o s . e x e c v p ( c m d _ t o k e n s [ 0 ] ,   c m d _ t o k e n s )         e l i f   p i d   >   0 :         # # #   父 进 程                 w h i l e   T r u e :                         # # #   等 待 其 子 进 程 的 响 应 状 态 （ 以 进 程   I D   来 查 找 ）                         w p i d ,   s t a t u s   =   o s . w a i t p i d ( p i d ,   0 )                         # # #   当 其 子 进 程 正 常 退 出 时                         # # #   或 者 其 被 信 号 中 断 时 ， 结 束 等 待 状 态                         i f   o s . W I F E X I T E D ( s t a t u s )   o r   o s . W I F S I G N A L E D ( s t a t u s ) :                                 b r e a k         # # #   返 回 状 态 以 告 知 在   s h e l l _ l o o p   中 等 待 下 一 个 命 令         r e t u r n   S H E L L _ S T A T U S _ R U N . . .
当   o s . e x e c v p   在 子 进 程 中 被 调 用 时 ， 你 可 以 想 象 子 进 程 的 所 有 源 代 码 被 替 换 为 正 被 调 用 程 序 的 代 码 。 然 而 父 进 程 的 代 码 不 会 被 改 变 。 当 父 进 程 完 成 等 待 子 进 程 退 出 或 终 止 时 ， 它 会 返 回 一 个 状 态 ， 指 示 继 续   s h e l l   循 环 。 运 行 运 行 现 在 ， 你 可 以 尝 试 运 行 我 们 的   s h e l l   并 输 入   m k d i r   t e s t _ d i r 2 。 它 应 该 可 以 正 确 执 行 。 我 们 的 主   s h e l l   进 程 仍 然 存 在 并 等 待 下 一 条 命 令 。 尝 试 执 行   l s ， 你 可 以 看 到 已 创 建 的 目 录 。 但 是 ， 这 里 仍 有 一 些 问 题 。 第 一 ， 尝 试 执 行   c d   t e s t _ d i r 2 ， 接 着 执 行   l s 。 它 应 该 会 进 入 到 一 个 空 的   t e s t _ d i r 2   目 录 。 然 而 ， 你 将 会 看 到 目 录 并 没 有 变 为   t e s t _ d i r 2 。 第 二 ， 我 们 仍 然 没 有 办 法 优 雅 地 退 出 我 们 的   s h e l l 。 我 们 将 会 在 下 篇 [ 2 ] 解 决 诸 如 此 类 的 问 题 。 v i a :   h t t p s : / / h a c k e r c o l l i d e r . c o m / a r t i c l e s / 2 0 1 6 / 0 7 / 0 5 / c r e a t e - y o u r - o w n - s h e l l - i n - p y t h o n - p a r t - 1 / 作 者 ： S u p a s a t e   C h o o c h a i s r i [ 3 ]   译 者 ： c p o s t u r e [ 4 ]   校 对 ： w x y [ 5 ] 本 文 由   L C T T [ 6 ]   原 创 编 译 ， L i n u x 中 国 [ 7 ]   荣 誉 推 出 [ 1 ] :   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / s u p a s a t e / y o s h [ 2 ] :   h t t p s : / / h a c k e r c o l l i d e r . c o m / a r t i c l e s / 2 0 1 6 / 0 7 / 0 6 / c r e a t e - y o u r - o w n - s h e l l - i n - p y t h o n - p a r t - 2 / [ 3 ] :   h t t p s : / / d i s q u s . c o m / b y / s u p a s a t e _ c h o o c h a i s r i / [ 4 ] :   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / c p o s t u r e [ 5 ] :   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / w x y [ 6 ] :   h t t p s : / / g i t h u b . c o m / L C T T / T r a n s l a t e P r o j e c t [ 7 ] :   h t t p s : / / l i n u x . c n / 推 荐 文 章 推 荐 文 章 点 击 标 题 或 输 入 文 章   I D   直 达 该 文 章
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