20165223 《信息安全系统设计基础》 实现mybash

一、了解 mybash

1. 简介

  bash 是 Bourne Again Shell 的缩写，是linux默认的标准shell（也是大家常说的系统内核），bash也是Unix/Linux上常见的Shell脚本解释器，既然bash是标准的shell，那么就有非标准的sh，csh，ksh等等，我们常说有多少种Shell，其实说的是Shell脚本解释器，Shell是一种脚本语言，那么，就必须有解释器来执行这些脚本，bash是基于Bourne shell创建的，并且吸收了C shell和Korn shell的一些特性，而且bash完全兼容sh，也就是说，用sh写的脚本可以不加修改的在bash中执行。

——摘自《Unix/Linux里面的bash是什么》

• 通常shell中执行命令的流程都是bash进程创建了一个子进程，然后子进程进程替换，替换为可执行的命令文件。
• bash shell是sh shell的增强版本，目前linux大部分（默认）使用的都是bash shell。

2. mybash 输出信息格式

• [用户名@主机名所在文件]$（root用户：[用户名@主机名所在文件]#）
• 当所在文件就是当前用户的home目录时显示“~”

二、研究 mybash 实现需要的系统调用

（1）fork()

  fork() 函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，每个进程都启动一个从代码的同一位置开始执行的线程，父子两个进程中的线程能同时执行不同的指令要求。

（1）当调用fork()函数时，在该位置进程一分为二，一个是父进程，一个是子进程。

（2）若调用成功返回的是两个值：父进程返回的值为子进程标志；子进程返回的值为0，不成功返回为-1。

• 使用man fork查看

• 找到需要的头文件和函数参数

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

（2）exec()

  系统调用 execv() 对当前进程进行替换，替换者为一个指定的可执行程序，其参数包括文件名(filename)、参数列表(argv) 以及环境变量 (envp) 。exec函数族不止一个，但它们大致相同，在 Linux 中，它们分别是：execl，execlp，execle，execv，execve 和 execvp 。

• 使用man exec查看

• 找到需要的头文件和函数参数

#include <unistd.h>

int execv(const char *path, char *const argv[]);

（3）wait()

  wait() 函数用于使父进程（也就是调用wait()的进程）阻塞，直到一个子进程结束或者该进程接收到了一个指定的信号为止。若该父进程没有子进程或者它的子进程已经结束，wait() 函数就会立即返回。

  waitpid() 的作用和 wait() 一样，但它并不一定要等待第一个终止的子进程（它可以指定需要等待终止的子进程），它还有若干选项，如可提供一个非阻塞版本的 wait() 功能，也能支持作业控制。实际上，wait() 函数只是 waitpid()函数的一个特例，在 Linux 内部实现 wait() 函数时直接调用的就是 waitpid() 函数。

• 使用man wait查看

• 找到需要的头文件和函数参数

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

三、实现 mybash 的伪代码

（1）读取用户输入的指令

（2）调用fork函数生成一个子进程，并将fork返回的pid值赋给父进程fpid

（3）调用wait函数，传入参数NULL

（4）判断fpid是否为0

（5）若为0，则调用execvp函数，将用户输入的指令传进去，实现功能

（6）若不为0，则提示错误，并返回（1）等待用户下一个指令

四、实现 mybash

• 码云链接：mybash.c（配合mypwd.c使用）

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/utsname.h>
#include <pwd.h>
#include <sys/wait.h>
#define LEN 10

char* Cmd[LEN] = {0};
int count = 0;
char OLDPWD[1024] = {0};
void out_flag()
{
	char flag = '$';
	struct passwd *pw = getpwuid(getuid());
	if(getuid() == 0)
	{
		flag = '#';
	}
	struct utsname host;
	uname(&host);
	char *hostname = strtok(host.nodename, ".");
	char path[128] = {0};
	getcwd(path, 127);//获取当前目录的绝对路径
	char *p = strtok(path, "/");
	char *nowdir = NULL;
	while(p!= NULL)
	{
		nowdir = p;
		p = strtok(NULL, "/");
	}
	if(nowdir == NULL)
	{
		nowdir = "/";
	}
	if(strcmp(nowdir, pw->pw_name) == 0)
	{
		nowdir = "~";
	}
	printf("[%s@%s %s]mybash%c ", pw->pw_name, hostname, nowdir, flag);
	fflush(stdout);
}
void cut_cmd(char *cmd)
{
	char *p = strtok(cmd, " ");
	while(p != NULL)
	{
		Cmd[count++] = p;
		p = strtok(NULL, " ");
	}
}
int special_cmd()
{
	//cd exit 
	if(strncmp("cd", Cmd[0], 2) == 0)
	{
		if(Cmd[1] == NULL || strncmp(Cmd[1], "~", 1) == 0)
		{
			//切换到家目录
			struct passwd *pw = getpwuid(getuid());
			Cmd[1] = pw->pw_dir;
		}
		else if(strncmp(Cmd[1], "-", 1) == 0)
		{
			//切换到家目录到上一次所在目录
			if(strlen(OLDPWD) == 0)
			{
				printf("mybash: cd :: OLDPWD not set\n");
				return 1;
			}
			Cmd[1] = OLDPWD;
			printf("%s\n", Cmd[1]);
		}
		char str[1024] = {0};
		getcwd(str, 1023);
		chdir(Cmd[1]); // 切换路径
		strcpy(OLDPWD, str);
		return 1;
	}
	if(strncmp("exit", Cmd[0], 4) == 0)
	{
		exit(0);
	}
	return 0;
}
void clear_cmd()
{
	int i = 0;
	for(;i < count; ++i)
	{
		Cmd[i] = 0;
	}
	count = 0;
}
void main()
{
	while(1)
	{
		out_flag();
		char cmd[128] = {0};
		fgets(cmd, 128, stdin); //获取命令
		cmd[strlen(cmd) - 1] = 0; //去掉最后一个回车符
		if(strlen(cmd) == 0) // 判别用户的无效输入
		{
			continue;
		}
		cut_cmd(cmd); // 切割cmd
		int res = special_cmd(); // 判别是否是需要集成到bash中的特殊命令
		if(res == 1)
		{
			clear_cmd(); //清空全局的指针数组，并将count归0
			continue;
		}
		pid_t pid = fork();
		assert(pid != -1);
		if(pid == 0)
		{
			// 用命令的可执行文件(./mypwd)替换当前进程
			char path[1024] = "/home/20165223cn/week9/mypwd/";
			if(strstr(Cmd[0], "/") != NULL)
			{
				memset(path, 0, 1024);
			}
			strcat(path, Cmd[0]);
			execv(path, Cmd);
			printf("mybash: %s : command not found\n", Cmd[0]);
			exit(0);
		}
		else
		{
			wait(NULL);
		}
		clear_cmd();
	}
}

四、产品截图

• 测试 mybash

• 用可执行文件 ./mypwd 替代当前进程执行（实现mypwd）