Операционные системы семейства Linux, как впрочем, и любые другие ОС, предполагают наличие интерфейса взаимодействия между компонентами компьютерной системы и конечным пользователем, т. е. наличие программного уровня, который обеспечивает ввод команд и параметров для получения желаемых результатов. Такой программный уровень получил название "оболочка" или, на английском языке - shell .

Что такое оболочка?

Командная оболочка (shell ) обеспечивает взаимотействие между пользователем и средой операционной системы Linux. Она является специализированным программным продуктом, который обеспечивает выполнение команд и получения результатов их выполнения, или, если совсем уж упрощенно, оболочка - это программа, которая предназначена для обеспечения выполнения других программ по желанию пользователя. Примером оболочки может быть, например, интерпретатор команд command.com операционной системы MS DOS, или оболочка bash операционных систем Unix / Linux.

Все оболочки имеют схожие функции и свойства, в соответствием с их основным предназначением - выполнять команды пользователя и отображать результаты их выполнения:

Интерпретация командной строки.

Доступ к командам и результатам их выполнения.

Поддержка переменных, специальных символов и зарезервированных слов.

Обработка файлов, операций стандартного ввода и вывода.

Реализация специального языка программирования оболочки.

    Для операционных систем семейства Unix / Linux возможно использование нескольких различных оболочек, отличающихся свойствами и методами взаимодействия с системой. Наиболее распространенными оболочками являются

sh - оболочка Bourne , классическая оболочка для ОС Unix

bash оболочка Bourne Again (GNU Bourne-Again SHell). Пожалуй, наиболее распространенная на данный момент, оболочка в среде ОС семейства Linux.

ksh - оболочка Korn , разработанная в качестве развития оболочки Bourne с историей командной строки и возможностью редактирования команд.

csh - оболочка C , использующая синтаксис популярного языка программирования C

tcsh - версия оболочки C с интерактивным редактированием командной строки.

В системе может быть установлено несколько различных оболочек, и для каждого пользователя возможно использование своей, запускаемой по умолчанию, оболочки. Все это, естественно, выполняется автоматически в процессе загрузки и регистрации пользователя.

    В процессе загрузки операционных систем семейства Linux, после загрузки ядра системы выполняется переход в интерактивный режим – режим взаимодействия пользователя и операционной системы. В ОС Linux, первым запускаемым в ходе загрузки процессом, является программа инициализации init , которая считывает содержимое конфигурационного файла /etc/inittab , определяет перечень и характеристики терминалов, имеющихся в системе, и вызывает программу интерактивного входа getty , отображающую приглашение для ввода имени пользователя. После ввода имени пользователя и пароля, программа getty вызывает программу login , которая проверяет достоверность учетной записи, выполняет переход в домашний каталог пользователя и передает управление программе начального запуска сеанса, в качестве которой обычно используется программа оболочки пользователя, конкретная разновидность которой определяется содержимым файла /etc/passwd для данной учетной записи. Например:

user1:x:508:511::/home/user1:/bin/sh
interbase:x:510:511::/home/interbase:/bin/csh
apb:x:511:513:apb:/home/apb:/bin/bash

Как видно из содержимого файла /etc/passwd , для пользователя user1 будет запущена оболочка sh (оболочка Bourne), для пользователя interbase - оболочка csh (оболочка C) и для пользователя apb - оболочка bash (Bourne Again). После старта оболочки, на экран выводится приглашение к вводу команд (обычно в виде знака доллара $ , если работа выполняется в контексте учетной записи обычного пользователя, или фунта # , если оболочка используется под учетной записью привилегированного пользователя (root ).

При выходе из оболочки, ядро системы возвращает управление программе init , которая перезапускает процесс входа в систему и на терминале отображается приглашение к вводу имени пользователя. Выход из оболочки может быть выполнен одним из двух способов:

Посредством команды exit выполненной пользователем

При получении процессом оболочки сигнала kill , отправленного ядром, например при перезагрузке системы.

Интерпретация командной строки.

    Пользовательский ввод в ответ на приглашение оболочки обычно называют командной строкой или командой . Команда Linux - это строка символов из имени команды и аргументов, разделенных пробелами. Аргументы предоставляют команде дополнительные параметры, определяющие ее поведение. Наиболее часто в качестве аргументов используются опции и имена файлов и каталогов. Например, командная строка

ls -l file01 file02

Содержит команду ls , опцию -l и два имени файлов file01 file02 .

При использовании нескольких опций, их можно объединять. Например, варианты следующих команд идентичны:

Ls -l -d
ls -ld

Команды, являющиеся частью оболочки, называются встроенными . К таким командам относятся, например, cd, if, case и т. п. Естественно, встроенные команды могут отличаться для различных вариантов оболочек. Кроме встроенных команд, возможно использование программных модулей, представляющих собой отдельные исполняемые файлы, или файлов скриптов или сценариев - обычных текстовых файлов, содержащих последовательно выполняемые строки с командами оболочки. Некоторые скрипты (сценарии) могут выполняться процессами Linux, как например, планировщиком задач cron . Планировщик задач, как правило, предназначен для автоматического выполнения задач администрирования системы по расписанию. Задачи cron представляют собой команды или скрипты и выполняются автоматически, без какого либо вмешательства человека и могут выполняться в контексте разных учетных записей пользователей. В случае, когда задача планировщика предполагает выполнение какого-либо скрипта, возникает проблема выбора оболочки, которая должна быть запущена в качестве дочернего процесса cron для обработки команд из файла скрипта - ведь оболочка может быть любой, а синтаксис скрипта, как правило, предполагает использование конкретной оболочки, под которую он написан. Для устранения данной проблемы, в ОС семейства Linux принято в первой строке скрипта указывать разновидность оболочки, необходимой для его выполнения, в виде:

#!/bin/bash - для оболочки bash

#!/bin/sh - для оболочки sh

Знак # является признаком комментария и следующие за ним символы не интерпретируются в качестве команды. Такой прием позволяет явно указать, какая оболочка должна быть использована для обработки последующего содержимого файла. Если же скрипт не содержит запись, явно определяющую требуемую оболочку, то будут использованы настройки из учетной записи, в контексте которой выполняется данный скрипт. В этом случае, возможна ситуация, когда скрипт, написанный для оболочки, например, tch будет передан для выполнения в оболочку bash , что приведет к невозможности его выполнения.

При выполнении команд или сценариев используются переменные окружения (на английском языке - environment , значения которых характеризуют программную среду, в которой происходит выполнение команд. Такие переменные могут содержать общие настройки системы, параметры графической или командной оболочки, пути исполняемых файлов и т.п. Значения переменных окружения устанавливаются на уровне системы (для всех пользователей) и на уровне конкретного пользователя. Для установки переменных окружения на уровне системы используется содержимое файлов:

/etc/profile - устанавливает переменные только для командных оболочек. Может запускать любые скрипты в оболочках, совместимых с Bourne shell.

/etc/bash.bashrc - устанавливает переменные только для интерактивных оболочек. Он также запускает bash-скрипты.

/etc/environment - используется модулем PAM-env. В этом файле можно указывать только пары имя=значение .

Каждый из этих файлов имеет свои особенности применения, поэтому следует внимательно выбирать тот, который подходит для ваших целей. Например, если нужно добавить пользовательский каталог ~/bin в переменную PATH для всех пользователей, поместите следующий код в один из системных файлов инициализации окружения (/etc/profile или /etc/bash.bashrc):

# Если идентификатор ID пользователя более или равно 1000, и существует каталог ~/bin, и он

#не был ранее добавлен в переменную PATH,

# выполнить экспорт ~/bin в переменную $PATH.

If [[ $UID -ge 1000 && -d $HOME/bin && -z $(echo $PATH | grep -o $HOME/bin)

Export PATH=$HOME/bin:${PATH}

Как правило, в операционных системах Linux, идентификатор пользователя менее 1000 или менее 500 используется для служебных учетных записей. В данном примере, переменная окружения будет установлена для всех локальных пользователей системы с идентификатором 1000 или более.

Если же нужно изменить среду окружения для конкретного пользователя, используется модификация содержимого среды окружения пользователя:

- ~/.bash_profile , ~/.bash_login и т.п. - файлы инициализации командной оболочки из домашнего каталога пользователя.

- ~/.profile - файл инициализации профиля пользователя. Используется многими оболочками для определения переменных среды.

~/.pam_environment - пользовательский аналог файла /etc/environment, который используется модулем PAM-env.

Например, чтобы добавить каталог пользователя ~/bin в пути поиска исполняемых файлов, заданных переменной PATH , можно например, в файл ~/.profile поместить строку:

export PATH="${PATH}:/home/пользователь/bin"

Чтобы установить переменные окружения для графических приложений, используется содержимое файлов настройки графической среды пользователей ~/.xinitrc

Гораздо чаще значения переменных окружения задаются для текущего сеанса пользователя. Например, для добавления пользовательского каталога ~/bin в пути поиска исполняемых файлов:

export PATH=~/bin:$PATH

Новое значение переменной PATH будет действовать только до завершения текущего сеанса пользователя.

Для просмотра значения переменной можно использовать команду echo $переменная , например:

echo $PATH

В настоящее время, самой распространенной оболочкой, как уже упоминалось выше, является bash . Вызвано это, в первую очередь тем, что оболочка bash является sh - совместимой командной оболочкой, в которую добавлены полезные возможности из оболочек Korn shell (ksh ) и C shell (csh ). Оболочка bash может без какой-либо модификации выполнять большинство скриптов, написанных под язык программирования оболочки sh и в максимальной степени пытается приблизиться к стандарту POSIX , что привело к появлению множества улучшений, причем как для программирования, так и использования в интерактивном режиме. В современной реализации bash имеется режим редактирования командной строки, неограниченный размер истории команд, средства управление заданиями, возможность использования псевдонимов, обширный перечень встроенных команд, функции командной оболочки и т.п. В целом, bash в наибольшей степени соответствует потребностям среднестатистического пользователя, что и сделало ее наиболее используемой в среде Linux.

При запуске bash без параметров командной строки, оболочка запускается в интерактивном режиме, отображая на экране приглашение к вводу команд. Интерактивная оболочка обычно читает данные из терминала пользователя и пишет данные в этот же терминал, стандартным устройством ввода является клавиатура, а стандартным устройством вывода – дисплей. Пользователь вводит команды на клавиатуре, а результат их выполнения отображается на дисплее.

В данном разделе предоставлена документация в помощь программисту на языках командных оболочек shell (sh, bash, ksh и другие)

Командный интерпретатор c-shell

0. Введение

Командный интерпретатор в среде UNIX выполняет две основные функции:

представляет интерактивный интерфейс с пользователем, т.е. выдает приглашение, и обрабатывает вводимые пользователем команды;
обрабатывает и исполняет текстовые файлы, содержащие команды интерпретатора (командные файлы);

В последнем случае, операционная система позволяет рассматривать командные файлы как разновидность исполняемых файлов. Соответственно различают два режима работы интерпретатора: интерактивный и командный.

В среде UNIX (в отличие, скажем, от DOS) имеются несколько различных командных интерпретаторов. Перечислим наиболее популярные:

/bin/sh - Bourne shell. Исторически это первая командная оболочка, разработанная для первой версии ОС UNIX. В настоящее время эта оболочка является основной в версиях UNIX System V.
/bin/csh - С-shell. Оболочка, синтаксис командного языка которой приближен к языку C. Является основной оболочкой для Берклеевской разновидности ОС UNIX.
/bin/ksh - k-shell.
/bin/rsh - Restricted shell. Представляет собой sh с ограниченными возможностями (прежде всего для защиты ОС от несанкционированных действий пользователя).

Операционная система ConvexOS является разновидностью 4.3 BSD UNIX()BSD - Berkeley Series Distribution и, следовательно, базовой командной оболочкой является csh.

1. Основные возможности

Работа с командной строкой

Набираемую пользователем строку интерпретатор воспринимает как команду (или несколько команд). Синтаксис командного интерпретатора позволяет набирать

несколько команд в одной строке, разделяя их точкой с запятой. Например

эквивалентно двум последовательно введенным командам:

Наоборот, при желании пользователь может

продолжить набор длинной команды на следующей строке, закончив текущую строку знаком \\. До завершения ввода команды вы будете получать ``вторичное приглашение"" > вместо основного (%). Например,

% tar tv Makefile star.o star.c star.dat main.o main.c

эквивалентно

% tar tv Makefile star.o \

> star.c star.dat \

Управление потоками ввода-вывода осуществляется, подобно DOS(Точнее, синтаксис перенаправления потоков ОС DOS восприняла от UNIX) с помощью символов > , > > ,

Полезный частный случай использования механизма перенаправления потоков - перенаправление в /dev/null, что позволяет избавиться от ненужных сообщений на экран. С помощью того же механизма можно создавать пустые файлы:

создаст в текущей директории пустой файл myfile.

Дополнительно C-shell позволяет группировать команды с помощью круглых скобок. В этом случае вся конструкция внутри скобок рассматривается интерпретатором как одна команда. Сие полезно, например, в таких конструкциях:

% (command1 | command2)

Если же скобки опустить, shell не сможет определить какой из команд вы хотите подать на вход файл myfile.

Следующие ``удобства"" существуют в данной реализации C-shell:

Вы можете не набирать длинную команду до конца, а попробовать после частичного набора команды (или имени файла) нажать клавишу табуляции. C-shell попытается сама дополнить недостающие символы, либо ответит писком, если выбор неоднозначен.
Если вы набрали команду, но забыли ее опции, наберите последовательность H. C-shell выдаст краткую помощь. Например,

Набирая полное имя файла пользуйтесь комбинацией клавиш ^D. Вы сможете получить листинг набираемого каталога в формате команды lf.
Командный буфер запоминает 20 последних команд. Вместо набора команды вы можете вызвать ее из буфера с помощью стрелочной клавиатуры (конечно только в том случае, если эта команда есть в буфере).

Разбор командной строки

Интерпретатор, получив командную строку, выполняет над ней ряд преобразований, а именно:

Раскрывает псевдонимы (alias)
Раскрывает метасимволы (*, ?, [, ], ~, {, })
Подставляет переменные shell
Выполняет команду, если она - встроенная команда интерпретатора, или запускает процесс, если команда внешняя.

Разберем эти действия по этапам.

Псевдонимы (alias). Встроенная команда alias позволяет определять псевдонимы команд. Пример:

% alias mycat "cat | more"

определяет mycat как псевдоним строки cat | more. Поэтому далее вы вправе пользоваться командой mycat, которая будет раскрыта интерпретатором везде, где вы ее используйте. Это - способ определения коротких имен для длинных составных команд.

Встроенная команда unalias mycat уничтожает ранее введенный псевдоним mycat.

Метасимволы. Метасимволы позволяют кратко записывать целые списки слов (главным образом - имен файлов). Shell рассматривает слово, в котором встречаются метасимволы, как шаблон для составления списка имен файлов:

* в шаблоне заменяет любую последовательность символов. Например m* раскроется в список всех файлов, начинающихся с буквы m. Существует небольшое исключение из этого правила: просто * опускает в списке те файлы, имена которых начинаются с точки.
? заменяет один символов. Например m? раскроется в список всех имен файлов, начинающихся с буквы m и состоящих точно из двух букв.
[.-.] позволяет указать интервал для подставляемого символа. Например m будет раскрыто в ma mb mc me.
{...,...} позволяет перечислить слова для подстановки. Так, например m{red,blue,green} будет раскрыто в mred mblue mgreen.

Наконец, тильда позволяет указать домашний каталог пользователя:

~name/ эквивалентно указанию полного пути в домашний каталог пользователя name (Скажем, /usr1/name/)
~/ эквивалентно указанию полного пути в ваш собственный домашний каталог.

Переменные shell. Слова, начинающиеся с символа $ командный интерпретатор воспринимает как имена переменных. Переменные делятся на переменные окружения (они будут известны всем вызванным из этой shell программам и являются в этом смысле глобальными) и простые переменные.

Встроенная команда set name=value позволяет определить простую переменную с именем name и дать ей значение value. Встретив в командной строке выражение $name интерпретатор заменит его на value. Например,

% set color=blue

выдаст на терминал строчку blue. А

% set color=blue

% echo new$color

даст newblue. Наконец, введя

% set color=blue

% echo ${color}new

получим colornew. Последний пример демонстрирует как надо использовать фигурные скобки для выделения имени переменной из слова (на echo $colornew интерпретатор бы ответил, что переменная colornew не определена.

Команда unset уничтожает ранее определенные переменные.

Чтобы определить переменную равной строке из нескольких слов, заключите ее в простые кавычки. Пример

% set color="blue or red or green"

Простые переменные могут быть массивами слов (что надо отличать от только что рассмотренного случая, когда переменная содержит строку из нескольких слов. Для объявления массива надо использовать круглые скобки:

% set colors=(blue red green)

Теперь команда echo $colors выдаст строку из трех цветов (попробуйте!). Однако вы можете также работать в отдельными элементами массива (элементы нумеруются с нулевого значения), например так:

(получим green). Количество элементов в массиве содержится в переменной $#colors.

даст на терминал цифру 3.

Возможны довольно сложные комбинации с использованием шаблонов, например:

% set files=(m*)

выдаст число файлов в текущем каталоге, начинающихся с буквы m.

Переменные окружения вызываются точно также как и простые переменные. Разница заключается в способе их определения:

Команда % setenv name value устанавливает переменную окружения с именем name. Обратите внимание на раздражающую разницу в синтаксисе: определяя переменную окружения не надо ставить знак =.

Список всех переменных окружения можно получить с помощью встроенной команды printenv.

Отменить определения переменной окружения можно с помощью unsetenv.

Наконец, для определения массива переменных окружения НЕ используются круглые скобки, а используются двоеточия в качестве разделителей элементов массива:

% setenv MANPATH /usr/man/:/usr/local/man:/usr/man/X11:~/man

Встроенные команды и переменные

Список важнейших встроенных команд C-shell с краткими пояснениями:

alias определяет псевдоним

bg переводит задачу в фоновый режим исполнения

chdir path команда перехода в каталог path.

echo выводит на стандартный вывод все свои аргументы

exec filename запускает процесс из файла filename вместо текущей shell (т.е. поверх нее). Возврат в shell невозможен.

exit заканчивает работу shell.

fg переводит фоновый процесс в синхронный.

file filename выдает информацию о том, что операционная система думает об этом файле.

goto label осуществляет безусловный переход на строку командного файла, помеченную меткой label. Не используется в интерактивном режиме.

kill pid посылает сигнал аварийного завершения процессу с номером pid, что обычно приводит к уничтожению процесса.

source filename считывает и исполняет команды из файла filename.

set, setenv установка внутренних переменных и переменных окружения.

shift var сдвигает элементы массива var влево. При этом размер массива уменьшается на единицу, а нулевой элемент массива теряется. Переменная var должна быть массивом.

time command выполняет команду command и выводит на терминал затраченное на ее выполнение время.

unset уничтожает переменную shell.

unalias уничтожает ранее определенный псевдоним команды.

@ name=expr заносит результат арифметического выражения expr в переменную name.

Список важнейших встроенных переменных C-shell с краткими пояснениями:

argv массив параметров командной строки (используется в командном режиме)

cdpath каталог, куда shell переходит, получив команду chdir без аргумента.

history размер буфера для запоминания команд.

home домашний каталог пользователя

mail местоположение в файловой системе почтового ящика пользователя.

path путь поиска внешних команд.

prompt основное приглашение shell.

prompt1 вторичное приглашение.

shell полный путь исполняемого файла текущей оболочки (/bin/csh)

Управляющие операторы и операторы цикла

Из списка встроенных команд оболочки мы сознательно исключили условные операторы и операторы цикла, которые будут рассмотрены здесь.

Условное выполнение

Синтаксис условного оператора if в C-shell таков

if (expr) command

В качестве expr может стоять либо арифметическое выражение, либо проверка атрибутов файла. Пример:

if (-f /etc/hosts) cat /etc/hosts

Рассмотрим последний случай подробнее. Возможны следующие проверки атрибутов файла:

R доступен на чтение

W доступен на запись

X доступен на исполнение

E проверка существования файла

O проверка что вы являетесь хозяином данного файла

Z файл имеет нулевой размер

F файл является обычным файлом

P файл является именованным программным каналом

D файл является директорией

Цикл while

Цикл выполняется до тех пор, пока условие истинно. Пример:

while ($#files > 0)

Цикл foreach

Это чрезвычайно полезный оператор, позволяющий организовать цикл по элементам массива слов

foreach varname (list)

Тело цикла выполняется столько раз, сколько элементов в массиве list. При этом переменная varname содержит очередное значение элемента массива. Пример

foreach color (blue red green)

echo The color is $color

foreach file (*.for)

echo Renaming $file

mv $file `basename $file .for`.f

Здесь использована стандартная команда basename, которая ``отрезает"" у слова, заданного в первом аргументе суффикс, заданный вторым аргументом и выводит получившееся слово на стандартный вывод. Об использовании обратных кавычек в языке C-shell будет рассказано несколько позже.

Многовариантный условный оператор

Синтаксис условного оператора switch в C-shell таков

case pattern1: ... breaksw case {\it pattern2} :

Оператор позволяет передавать управление в зависимости от того, удовлетворяет ли строка string какому-либо шаблону из набора pattern1, pattern2, ...(в этом случае управление передается в блок, ограниченный case ... breaksw) или нет (в этом случае управление передается на ветвь default:... endsw. В целом, оператор switch очень похож на аналогичный опреатор языка C. Такие конструкции часто используются в командных файлах для анализа ответа пользователя на заданный вопрос ().

2. Работа оболочки в командном режиме

Уже отмечалось, что csh может быть запущена в командном режиме. Более того, условные операторы и операторы цикла чаще используются именно в командных файлах. Здесь мы рассмотрим особенности такой ``командной"" работы.

Идентификация интерпретатора

Проще всего осуществить запуск оболочки в режиме исполнения некоторого файла mycommand придав этому файлу атрибут исполняемости командой chmod:

% chmod +x mycommand

Теперь достаточно ввести с клавиатуры команду mycommand и ОС автоматически запустит shell в командном режиме исполнения данного файла. В таком пути есть один подводный камень: командных интерпретаторов в системе много и синтаксис команд у них разный. Как ОС определит нужный вам? Ответ - никак. Вы должны явно указать ОС какой интерпретатор вы хотите запускать для исполнения данного командного файла. Для этого первая строчка вашего файла должна иметь следующий стандартный вид:

что и позволит ОС правильно поступить. Если же вы не задали этой информации, то ОС будет считать (по историческим причинам), что файл написан на языке Bourne shell и вы вероятнее всего получите множество сообщений о синтаксических ошибках.

Заметим еще одно полезное свойство работы оболочки в командном режиме: все строки, начинающиеся со знака # будут проигнорированы. Это позволяет вносить в текст командного файла комментарии.

Следующий факт позволяет вам работать с командной строкой средствами csh: при запуске командного файла mycommand автоматически становится определенной внутренняя переменная с именем argv, представляющая массив параметров командной строки. Например, следующий командный файл просто выводит все свои аргументы и их количество на терминал:

# This file simply outputs its arguments

# and the total number of arguments

echo Arguments: $argv

echo Number of arguments: $#argv

Явный запуск

Вы можете применить более прямой, но менее удобный способ запуска командного файла - вызвав shell с ключом -c filename. Пример:

% /bin/csh -c mycommand arg1 arg2 arg3...

где сразу же за ключом должно следовать имя запускаемого файла. Требуемые аргументы указываются после. Отметим, что при таком способе запуска файл может и не иметь атрибута исполняемости.

Кавычки

В синтаксисе shell кавычки играют важную роль. Есть три типа кавычек: простые ("), двойные (") и обратные (`).

Простые кавычки используются для выделения текста, который оболочка должна понимать буквально. Иными словами, текст внутри простых кавычек не подлежит раскрытию и интерпретации. Пример:

echo "Dollar is $good"

получим букально Dollar is $good несмотря на то, что знак доллара является метасимволом оболочки.

Двойные кавычки выделяют строку символов, которую оболочка будет считать одним словом. Пример:

set colors="green blue red"; echo $#colors

выдаст цифру 1, что означает, что переменная colors простая, а не массив. Все что находится внутри двойных кавычек подлежит интерпретации оболочкой.

Обратные кавычки позволяют представить строку, которая состоит из результата выполнения команды. Так что выражение в обратных кавычках рассматривается как команда, которую оболочка выполняет, а то, что эта команда выведет на стандартный вывод подставляется как строка на то место, где стоят эти обратные кавычки. Пример:

занесет в переменную mytty ту строку, которую выдает команда tty (а именно имя и номер текущего терминала).

Как уже говорилось выше, для построения произвольных алгоритмов необходимо иметь операторы проверки условий. Оболочка bash поддерживает операторы выбора if … then … else и case , а также операторы организации циклов for , while , until , благодаря чему она превращается в мощный язык программирования.

5.8.1 Операторы if и test (или )

Конструкция условного оператора в слегка упрощенном виде выглядит так:

if list1 then list2 else list3 fi

где list1 , list2 и list3 — это последовательности команд, разделенные запятыми и оканчивающиеся точкой с запятой или символом новой строки. Кроме того, эти последовательности могут быть заключены в фигурные скобки: {list} .

Оператор if проверяет значение, возвращаемое командами из list1 . Если в этом списке несколько команд, то проверяется значение, возвращаемое последней командой списка. Если это значение равно 0, то будут выполняться команды из list2 ; если это значение не нулевое, будут выполнены команды из list3 . Значение, возвращаемой таким составным оператором if , совпадает со значением, выдаваемым последней командой выполняемой последовательности.

Полный формат команды if имеет вид:

if list then list [ elif list then list ] ... [ else list ] fi

(здесь квадратные скобки означают только необязательность присутствия в операторе того, что в них содержится).

В качестве выражения, которое стоит сразу после if или elif , часто используется команда test , которая может обозначаться также квадратными скобками . Команда test выполняет вычисление некоторого выражения и возвращает значение 0, если выражение истинно, и 1 в противном случае. Выражение передается программе test как аргумент. Вместо того, чтобы писать

test expression,

можно заключить выражение в квадратные скобки:

[ expression ].

Заметьте, что test и [ — это два имени одной и той же программы, а не какое-то магическое преобразование, выполняемое оболочкой bash (только синтаксис [ требует, чтобы была поставлена закрывающая скобка). Заметьте также, что вместо test в конструкции if может быть использована любая программа.

В заключение приведем пример использования оператора if :

if [ -e textmode2.htm ] ; then

ls textmode*

else

pwd

Об операторе test (или […]) надо бы поговорить особо.

5.8.2 Оператор test и условные выражения

Условные выражения, используемые в операторе test , строятся на основе проверки файловых атрибутов, сравнения строк и обычных арифметических сравнений. Сложные выражения строятся из следующих унарных или бинарных операций ("элементарных кирпичиков"):

A file

Верно, если файл с именем file существует.

B file

Верно, если file существует и является специальным файлом блочного устройства.

C file

Верно, если file существует и является специальным файлом символьного устройства.

D file

Верно, если file существует и является каталогом.

E file

Верно, если файл с именем file существует.

F file

Верно, если файл с именем file существуети является обычным файлом.

G file

Верно, если файл с именем file существуети для него установлен бит смены группы.

H file или -L file

Верно, если файл с именем file существуети является символической ссылкой.

K file

Верно, если файл с именем file существуети для него установлен "sticky"" bit.

P file

Верно, если файл с именем file существуети является именованным каналом (FIFO).

R file

Верно, если файл с именем file существуети для него установлено право на чтение

S file

Верно, если файл с именем file существуети его размер больше нуля .

T fd

Верно, если дескриптор файла fd открыт и указывает на терминал.

U file

Верно, если файл с именем file существуети для него установлен бит смены пользователя.

W file

Верно, если файл с именем file существуети для него установлено право на запись.

X file

Верно, если файл с именем file существуети является исполняемым .

O file

Верно, если файл с именем file существуети его владельцем является пользователь, на которого указывает эффективный идентификатор пользователя.

G file

Верно, если файл с именем file существуети принадлежит группе, определяемой эффективным идентификатором группы.

S file

Верно, если файл с именем file существуети является сокетом.

N file

Верно, если файл с именем file существуети изменялся с тех пор, как был последний раз прочитан.

file1 -nt file2

Верно, если файлfile1 имеет более позднее время модификации, чем file2 .

file1 -ot file2

Верно, если файлfile1 старше , чем file2 .

file1 -ef file2

Верно, если файлыfile1 и file2 имеют одинаковые номера устройств и индексных дескрипторов (inode).

O optname

Верно, если задействована опция оболочки optname . Пояснения см. на странице man bash.

Z string

Верно, если длина строки равна нулю.

N string

Верно, если длина строки не равна нулю.

string1 == string2

Верно, если строки совпадают. Вместо == может использоваться = .

string1 !== string2

Верно, если строки не совпадают.

string1 < string2

Верно, если строка string1 лексикографически предшествует строке string2 (для текущей локали).

string1 > string2

Верно, если строка string1 лексикографически стоит после строки string2 (для текущей локали).

arg1 OP arg2

Здесь OP — это одна из операций арифметического сравнения: -eq (равно), -ne (не равно), -lt (меньше чем), -le (меньше или равно), -gt (больше), -ge (больше или равно). В качестве аргументов могут использоваться положительные или отрицательные целые.

Из этих элементарных условных выражений можно строить сколь угодно сложные с помощью обычных логических операций ОТРИЦАНИЯ, И и ИЛИ:

!(expression)

Булевский оператор отрицания.

expression1 -a expression2

Булевский оператор AND (И). Верен, если верны оба выражения.

expression1 -o expression2

Булевский оператор OR (ИЛИ). Верен, если верно любое из двух выражений.

Такие же условные выражения используются и в операторах while и until , которые мы рассмотрим чуть ниже.

5.8.3 Оператор case

Формат оператора case таков:

case word in [ [(] pattern [ | pattern ] ...) list ;; ] ... esac

Команда case вначале производит раскрытие слова word , и пытается сопоставить результат с каждым из образцов pattern поочередно. После нахождения первого совпадения дальнейшие проверки не производятся, выполняется список команд, стоящий после того образца, с которым обнаружено совпадение. Значение, возвращаемое оператором, равно 0, если совпадений с образцами не обнаружено. В противном случае возвращается значение, выдаваемое последней командой из соответствующего списка.

Следующий пример использования оператора case заимствован из системного скрипта /etc/rc.d/rc.sysinit.

case "$UTC" in

yes|true)

CLOCKFLAGS="$CLOCKFLAGS -u";

CLOCKDEF="$CLOCKDEF (utc)";

no|false)

CLOCKFLAGS="$CLOCKFLAGS --localtime";

CLOCKDEF="$CLOCKDEF (localtime)";

esac

Если переменная принимает значение yes или true, то будет выполнена первая пара команд, а если ее значение равно no или false - вторая пара.

5.8.4 Оператор select

Оператор select позволяет организовать интерактивное взаимодействие с пользователем. Он имеет следующий формат:

select name [ in word; ] do list ; done

Вначале из шаблона word формируется список слов, соответствующих шаблону. Этот набор слов выводится в стандартный поток ошибок, причем каждое слово сопровождается порядковым номером. Если шаблон word пропущен, таким же образом выводятся позиционные параметры. После этого выдается стандартное приглашение PS3, и оболочка ожидает ввода строки на стандартном вводе. Если введенная строка содержит число, соответствующее одному из отображенных слов, то переменной name присваивается значение, равное этому слову. Если введена пустая строка, то номера и соответствующие слова выводятся заново. Если введено любое другое значение, переменной name присваивается нулевое значение. Введенная пользователем строка запоминается в переменой REPLY . Список команд list выполняется с выбранным значением переменной name .

Вот небольшой скрипт:

#!/bin/sh

echo "Какую ОС Вы предпочитаете?"

select var in "Linux" "Gnu Hurd" "Free BSD" "Other"; do

break

done

echo "Вы бы выбрали $var"

Какую ОС Вы предпочитаете?
1) Linux
2) Gnu Hurd
3) Free BSD
4) Other
#?

Нажмите любую из 4 предложенных цифр (1,2,3,4). Если вы, например, введете 1, то увидите собщение:

“Вы бы выбрали Linux”

5.8.5 Оператор for

Оператор for работает немного не так, как в обычных языках программирования. Вместо того, чтобы организовывать увеличение или уменьшение на единицу значения некоторой переменной при каждом проходе цикла, он при каждом проходе цикла присваивает переменной очередное значение из заданного списка слов. В целом конструкция выглядит примерно так:

for name in words do list done.

Правила построения списков команд (list ) такие же, как и в операторе if .

Пример. Следующий скрипт создает файлы foo_1, foo_2 и foo_3:

for a in 1 2 3 ; do

touch foo_$a

done

В общем случае оператор for имеет формат:

for name [ in word; ] do list ; done

Вначале производится раскрытие слова word в соответствии с правилами раскрытия выражений, приведенными выше. Затем переменной name поочередно присваиваются полученные значения, и каждый раз выполняется список команд list . Если "in word " пропущено, то список команд list выполняется один раз для каждого позиционного параметра, который задан.

В Linux имеется программа seq , которая воспринимает в качестве аргументов два числа и выдает последовательность всех чисел, расположенных между заданными. С помощью этой команды можно заставить for в bash работать точно так же, как аналогичный оператор работает в обычных языках программирования. Для этого достаточно записать цикл for следующим образом:

for a in $(seq 1 10) ; do

cat file_$a

done

Эта команда выводит на экран содержимое 10-ти файлов: " file_1", ..., "file_10".

5.8.6 Операторы while и until

Оператор while работает подобно if , только выполнение операторов из списка list2 циклически продолжается до тех пор, пока верно условие, и прерывается, если условие не верно. Конструкция выглядит следующим образом:

while list1 do list2 done.

while [ -d mydirectory ] ; do

ls -l mydirectory >> logfile

echo -- SEPARATOR -- >> logfile

sleep 60

done

Такая программа будет протоколировать содержание каталога "mydirectory" ежеминутно до тех пор, пока директория существует.

Оператор until аналогичен оператору while :

until list1 do list2 done.

Отличие заключается в том, что результат, возвращаемый при выполнении списка операторов list1 , берется с отрицанием: list2 выполняется в том случае, если последняя команда в списке list1 возвращает ненулевой статус выхода.

5.8.7 Функции

Синтаксис

Оболочка bash позволяет пользователю создавать собственные функции. Функции ведут себя и используются точно так же, как обычные команды оболочки, т. е. мы можем сами создавать новые команды. Функции конструируются следующим образом:

function name () { list }

Причем слово function не обязательно, name определяет имя функции, по которому к ней можно обращаться, а тело функции состоит из списка команд list , находящегося между { и }. Этот список команд выполняется каждый раз, когда имя name задано как имя вызываемой команды. Отметим, что функции могут задаваться рекурсивно, так что разрешено вызывать функцию, которую мы задаем, внутри нее самой.

Функции выполняются в контексте текущей оболочки: для интерпретации функции новый процесс не запускается (в отличие от выполнения скриптов оболочки).

Аргументы

Когда функция вызывается на выполнение, аргументы функции становятся позиционными параметрами (positional parameters) на время выполнения функции. Они именуются как $n , где n — номер аргумента, к которому мы хотим получить доступ. Нумерация аргументов начинается с 1, так что $1 — это первый аргумент. Мы можем также получить все аргументы сразу с помощью $* , и число аргументов с помощью $# . Позиционный параметр 0 не изменяется.

Если в теле функции встречается встроенная команда return , выполнение функции прерывается и управление передается команде, стоящей после вызова функции. Когда выполнение функции завершается, позиционным параметрам и специальному параметру # возвращаются те значения, которые они имели до начала выполнения функции.

Локальные переменные (local)

Если мы хотим создать локальный параметр, можно использовать ключевое слово local . Синтаксис ее задания точно такой же, как и для обычных параметров, только определению предшествует ключевое слово local: local name=value .

Вот пример задания функции, реализующей упоминавшуюся выше команду seq :

seq()

local I=$1;

while [ $2 != $I ]; do

echo -n "$I ";

I=$(($I + 1))

done;

echo $2

Обратите внимание на опцию -n оператора echo , она отменяет переход на новую строку. Хотя это и несущественно для тех целей, которые мы здесь имеем в виду, это может оказаться полезным для использования функции в других целях.

Функция вычисления факториала fact

Еще один пример:

fact()

if [ $1 = 0 ]; then

echo 1;

else

echo $(($1 * $(fact $(($1 — 1)))))

Это функция факториала, пример рекурсивной функции. Обратите внимание на арифметическое расширение и подстановку команд.

В. Костромин (kos at rus-linux dot net) - 5.8. Shell как язык программирования

Командные оболочки появились в самом начале развития Unix, они были необходимы, поскольку это был единственный способ взаимодействия с системой. За это время они прошли очень долгий путь развития и получили много новых функций. Не так просто оценить эволюцию командных оболочек Linux. Об этом можно писать очень долго и одной статьи точно не хватит. Мы постараемся только охватить самое основное не погружаясь очень глубоко. Давайте сначала рассмотрим что такое командная оболочка Linux и какие оболочки бывают.

Что такое командная оболочка Linux / Unix

Unix оболочка - это интерпретатор командной строки, который выполняет команды, вводимые пользователем. Мы вводим команду, она интерпретируется, выполняется а затем мы получаем результат ее выполнения. Оболочка обеспечивает традиционный интерфейс ввода команд Unix, к которому мы привыкли. Это, как правило, черный экран и белый текст. Мы вводим команды в виде обычного текста, а также можем создавать скрипты из одной или нескольких команд.

Оболочка - это ваш интерфейс взаимодействия с системой. После входа в систему Unix, вы оказываетесь в программе, которая называется оболочка.

Thompson Shell

Если верить истории и многим-интернет источникам, то самой первой оболочкой была Thompson Shell, написанная Кеном Томсоном в Bell Labs. Всего было 6 версий и распространялась она с 1971 по 1975 год. Поддерживались такие функции, как: перенаправление ввода / вывода и простые управляющие конструкции - if, goto. Эти функции поддерживают все современные командные оболочки в линукс.

PWB Shell

Оболочка PWB - это модификация оболочки Томсона разработанная Джоном Машеу. Она была написана для увеличения удобства Shell программирования. Появились такие интересные структуры, как if-then-else-endif, switch и циклы while.

Bourne Shell

Свой подъем Unix начал с оболочкой Борна. Она была написана Стефаном Борном в Bell Labs и использовалась как оболочка по умолчанию в Unix версии 7 от 1979 года. Здесь уже было реализовано большое количество возможностей доступных в современных оболочках - дополнение имен файлов, автодополнение команд, стандартные переменные окружения и встроенные управляющие структуры. Bourne Shell называлась sh и размещалась в файловой системе Unix по адресу /bin/sh.

Во многих системах программа оболочки Борна (sh) - это символическая или жесткая ссылка на одну из ее альтернатив:

• Almquist shell (ash)
• Bourne-Again shell (bash)
• Korn shell (ksh)
• Z shell (zsh)

Пример скрипта для Bourne Shell:

!/bin/sh
echo "Hello World 1!"
echo "Hello World 2!"

Almquist shell (ash)

Almquist shell, еще известная как A Shell. Это легкая оболочка Unix первоначально написанная Кеннетом Альмквистом. Она была разработана в конце 1980х. Это модификация оболочки Борна и она заменила оригинал в BSD Unix выпущенной в 1990 году. Сейчас ее можно использовать в таких дистрибутивах, как Debian и Ubuntu в виде версии ash под названием dash (Debian Almquist shell) Также эта оболочка популярна на встраиваемых Unix дистрибутивах.

Это быстрая, компактная и совместимая со спецификациями стандарта POSTIX оболочка Unux, и может быть именно поэтому она часто используется на встраиваемых устройствах. Но ash не поддерживает истории команд. Хотя в современных версиях эта функция уже добавлена.

Bourne-Again Shell (Bash)

Написанная Браеном Фоксом в рамках проекта GNU как бесплатная и свободная замена для оболочки Борна. Bash -наиболее популярная и широко используемая из всех оболочек. Все дистрибутивы Linux поставляются по умолчанию с этой оболочкой. Она расширяет набор функций Bourne Shell. В большинстве систем Unix / Linux эта оболочка может быть найдена в файловой системе по адресу /bin/bash. Она была выпущена в 1989 году.

Благодаря такой популярности она была портирована на Windows и распространяется вместе с набором компиляторов Cygwin и MinGW. Также Bash используется в Android, для доступа к ней можно использовать различные эмуляторы терминала.

Здесь поддерживается автодополнение, перенаправление ввода / вывода, дополнение команд, переменные и управляющие структуры для принятия решения (if-then-elese if) и циклы (loop).

Bash скрипты начинаются с такой строки:

Эта командная оболочка linux также поддерживает чтение команд из файла и перенаправление вывода в файл или другую команду.

Пример кода на Bash:

!/bin/sh
if [ $days -gt 365 ]
then
echo This is over a year.
fi

Korn shell (ksh)

Написана Девидом Кроном и основана на исходниках оболочки Борна. KornShell (ksh) это оболочка, разработанная в Bell Labs еще в 1980. Она имеет обратную совместимость с Bourne Shell, а также включает многие черты оболочки С.

Есть следующие версии и модификации:

• Dtksh
• MKS Korn shell

Пример скрипта:

!/bin/ksh
print Disk space usage
du -k
exit 0

Z shell (zsh)

Пол Фальстад написал первую версию командой оболочки zsh в 1990 году. Это командная оболочка Linux, которая может быть использована как интерактивная оболочка входа в систему, очень мощный интерпретатор команд. На самом деле Zsh это расширенная оболочка Борна с большим количеством улучшений, которая включает некоторые функции из Bash, KSH и Tcsh.

Имя Zsh происходит от имени Йельского профессора Чжун Шао (Zhong Shao) так как Пол был студентом Принстонского университета.

Поддерживаются такие интересные функции:

• Автозавершение строк
• Совместная история команд для всех сеансов оболочки
• Улучшена работа с переменными и массивами
• Редактирование нескольких строк в одном буфере
• Коррекция орфографии и много другое.

C shell

Оболочка C также известна как Csh. Ее разработал Бил Джой когда был студентом Калифорнийского университета. Эта оболочка очень распространена в системах BSD Linux. Здесь есть много интересных особенностей, в том числе контрольные структуры и грамматические выражения. Эта оболочка также впервые представила большое количество интересных функций, таких как история и механизмы редактирования, псевдонимы, CDPATH, управление задачами и хеширование, перенаправление вывода, присоединение, замена переменных, выполнение в фоне и т д.

Как и другие виды командных оболочек Linux здесь поддерживаются файлы скриптов, перенаправление и управляющие структуры. Csh сейчас используется в виде tcsh во многих системах, например, MacOS X и Red Hat Linux. В Debian можно использовать оба варианта CSH и Tcsh.

Пример кода на C Shell:

!/bin/csh
if ($days > 365) then
echo This is over a year.
endif

Fish

Fish или Friendly Interactive Shell - это командная оболочка Linux нового поколения. Она разработана чтобы облегчить пользователю выполнение команд, есть подсветка синтаксиса, подсветка правильных адресов файлов, быстрый поиск по истории, веб-конфигуратор, а также особый синтаксис скриптов.

Это новая командная оболочка в Linux и ее синтаксис непохож ни на одну из современных командных оболочек, а скорее на язык программирования Python.

Пример создания функции на fish:

!/usr/bin/fish
funced su
function su
/bin/su --shell=/usr/bin/fish $argv
end
funcsave su

Более подробное сравнение командных оболочек в Linux вы можете посмотреть по ссылке .

Это все на сегодня. Надеюсь вам было интересно.

Многие считают, что сделать программу, которой будут пользоваться миллионы, очень трудно. Однако за любым, даже самым сложным, продуктом всегда стоит простая идея. Одним из них является командная оболочка, или «шелл». В этой статье мы расскажем, как написать упрощенную командную оболочку Unix на C.

Совет Не стоит сдавать или использовать (даже в изменённом виде) приведённый ниже код в качестве домашнего проекта в школе или вузе. Многие преподаватели знают об оригинальной статье и уличат вас в обмане.

Жизненный цикл командной оболочки

Оболочка выполняет три основные операции за время своего существования:

1. Инициализация: на этом этапе она читает и исполняет свои файлы конфигурации. Они изменяют её поведение.
2. Интерпретация: далее оболочка считывает команды из stdin и исполняет их.
3. Завершение: после исполнения основных команд она исполняет команды выключения, освобождает память и завершает работу.

Именно эти три операции мы будем использовать как основу для нашей командной оболочки. Мы не будем добавлять дополнительные файлы конфигурации и команду выключения. Будем лишь вызывать функцию цикла и завершать работу. Стоит отметить, что, с точки зрения архитектуры, жизненный цикл сложнее, чем просто цикл.

Int main(int argc, char **argv) { // Загрузка файлов конфигурации при их наличии. // Запуск цикла команд. lsh_loop(); // Выключение / очистка памяти. return EXIT_SUCCESS; }

В примере выше можно увидеть функцию lsh_loop() , которая будет циклически интерпретировать команды. Реализацию рассмотрим чуть ниже.

Базовый цикл командной оболочки

В первую очередь нам нужно подумать о том, как программа должна запускаться. И здесь важно понимать, что делает оболочка во время цикла. Простой способ обработки команд состоит из трех шагов:

1. Чтение: считывание команды со стандартных потоков.
2. Парсинг: распознавание программы и аргументов во входной строке.
3. Исполнение: запуск распознанной команды.

Эта идея реализована в функции lsh_loop() :

Void lsh_loop(void) { char *line; char **args; int status; do { printf("> "); line = lsh_read_line(); args = lsh_split_line(line); status = lsh_execute(args); free(line); free(args); } while (status); }

Пройдемся по коду. Первые несколько строк - это просто объявления. Цикл с постусловием более удобен для проверки состояния переменной, поскольку выполняется перед проверкой ее значения. Внутри цикла выводится приглашение ввода, вызываются функции для чтения входной строки и разбиения строки на аргументы, а затем исполняются аргументы. Далее освобождается память, выделенная под строку и аргументы. Стоит обратить внимание, что в коде используется переменная состояния, возвращаемая в lsh_execute() и определяющая, когда нужно выйти из функции.

Чтение строки

Чтение строки из стандартного потока ввода - это вроде бы просто, но в C это может вызвать много хлопот. Беда в том, что никто не знает заранее, сколько текста пользователь введет в командную оболочку. Нельзя просто выделить блок и надеяться, что пользователи не выйдут за него. Вместо этого нужно перераспределять выделенный блок памяти, если пользователи выйдут за его пределы. Это стандартное решение в C, и именно оно будет использоваться для реализации lsh_read_line() .

#define LSH_RL_BUFSIZE 1024 char *lsh_read_line(void) { int bufsize = LSH_RL_BUFSIZE; int position = 0; char *buffer = malloc(sizeof(char) * bufsize); int c; if (!buffer) { fprintf(stderr, "lsh: ошибка выделения памяти\n"); exit(EXIT_FAILURE); } while (1) { // Читаем символ c = getchar(); // При встрече с EOF заменяем его нуль-терминатором и возвращаем буфер if (c == EOF || c == "\n") { buffer = "\0"; return buffer; } else { buffer = c; } position++; // Если мы превысили буфер, перераспределяем блок памяти if (position >= bufsize) { bufsize += LSH_RL_BUFSIZE; buffer = realloc(buffer, bufsize); if (!buffer) { fprintf(stderr, "lsh: ошибка выделения памяти\n"); exit(EXIT_FAILURE); } } } }

В первой части много объявлений. Стоит отметить, что в коде используется старый стиль C, а именно объявление переменных до основной части кода. Основная часть функции находится внутри, на первый взгляд, бесконечного цикла while(1) . В цикле символ считывается и сохраняется как int , а не char (EOF - это целое число, а не символ, поэтому для проверки используйте int). Если это символ перевода строки или EOF, мы завершаем текущую строку и возвращаем ее. В обратном случае символ добавляется в существующую строку.

Затем мы проверяем, выходит ли следующий символ за пределы буфера. Если это так, то перераспределяем буфер (при этом проверяем его на наличие ошибок распределения) и продолжаем исполнение.

Те, кто знаком с новыми версиями стандартной библиотеки C, могут заметить, что в stdio.h есть функция getline() , которая выполняет большую часть работы, реализованной в коде выше. Эта функция была расширением GNU для библиотеки C до 2008 года, а затем была добавлена в спецификацию, поэтому большинство современных Unix-систем уже идут с ней в комплекте. С getline функция становится тривиальной:

Char *lsh_read_line(void) { char *line = NULL; ssize_t bufsize = 0; // getline сама выделит память getline(&line, &bufsize, stdin); return line; }

Парсинг строки

Теперь нам нужно распарсить входную строку в список аргументов. Мы сделаем небольшое упрощение и запретим пользователю использовать кавычки и обратную косую черту в аргументах командной строки. Вместо этого для разделения аргументов мы просто будем использовать пробелы. Таким образом команда echo "вот сообщение" будет вызывать команду echo не с одним аргументом "вот сообщение" , а с двумя: "вот" и "сообщение" .

Теперь всё, что нам нужно сделать - разбить строку на части, используя пробелы в качестве разделителей. Это значит, что мы можем использовать классическую библиотечную функцию strtok .

#define LSH_TOK_BUFSIZE 64 #define LSH_TOK_DELIM " \t\r\n\a" char **lsh_split_line(char *line) { int bufsize = LSH_TOK_BUFSIZE, position = 0; char **tokens = malloc(bufsize * sizeof(char*)); char *token; if (!tokens) { fprintf(stderr, "lsh: ошибка выделения памяти\n"); exit(EXIT_FAILURE); } token = strtok(line, LSH_TOK_DELIM); while (token != NULL) { tokens = token; position++; if (position >= bufsize) { bufsize += LSH_TOK_BUFSIZE; tokens = realloc(tokens, bufsize * sizeof(char*)); if (!tokens) { fprintf(stderr, "lsh: ошибка выделения памяти\n"); exit(EXIT_FAILURE); } } token = strtok(NULL, LSH_TOK_DELIM); } tokens = NULL; return tokens; }

Реализация этой функции подозрительно похожа на lsh_read_line() , и это неспроста! Здесь используется та же стратегия, только вместо нуль-терминированного массива символов мы используем нуль-терминированный массив указателей.

Мы начинаем разбиение, вызывая strtok . Она возвращает указатель на первый кусок строки (токен). Вообще strtok() возвращает указатели на места в строке и помещает нуль-терминаторы в конце каждого токена. Эти указатели мы храним в отдельном массиве.

При необходимости мы перераспределим массив указателей. Повторяем процесс до тех пор, пока strtok не перестанет возвращать токены, и завершаем массив токенов нуль-терминатором.

Теперь у нас есть массив токенов, готовых к исполнению.

Как командные оболочки запускают процессы

Теперь мы добрались до самой сути того, что делает оболочка. Запуск процессов - это основная функция командных оболочек. Поэтому если вы создаёте оболочку, то должны точно знать, что происходит с процессами и как они запускаются. Именно поэтому сейчас мы поговорим о .

В Unix есть только два способа запуска процессов. Первый (который не будем брать в счет) - это Init . Видите ли, когда загружается Unix-система, загружается её ядро. После загрузки и инициализации ядро запускает только один процесс, который называется Init . Этот процесс выполняется в течение всего времени работы компьютера, и управляет загрузкой остальных процессов, которые необходимы для его работы.

Поскольку все остальные процессы не Init , остаётся только один практический способ запуска процессов: системный вызов fork() . Когда эта функция вызывается, операционная система делает дубликат процесса и запускает их параллельно. Первоначальный процесс называется «родительским», а новый - «дочерним». Дочернему процессу fork() возвращает 0 , а родителю - идентификатор процесса (PID) его дочернего элемента. Таким образом, любой новый процесс можно создать только из копии уже существующего.

Это может показаться проблемой. Обычно, когда вы хотите запустить новый процесс, вам не нужна копия уже работающей программы - вы хотите запустить другую программу. Для этого нужно использовать системный вызов exec() . Он заменяет текущую запущенную программу совершенно новой. Это значит, что при вызове exec операционная система останавливает процесс, загружает новую программу и запускает ее на том же месте. Вызов exec() не возвращает процесс, если нет ошибки.

Благодаря этим двум системным вызовам и возможен запуск большинства программ в Unix. Сперва существующий процесс раздваивается на родительский и дочерний, а затем дочерний процесс использует exec() для замены себя новой программой. Родительский процесс может продолжать делать другие вещи, а также следить за своими дочерними элементами, используя системный вызов wait() .

Да уж, информации немало. Давайте посмотрим на код запуска программы:

Int lsh_launch(char **args) { pid_t pid, wpid; int status; pid = fork(); if (pid == 0) { // Дочерний процесс if (execvp(args, args) == -1) { perror("lsh"); } exit(EXIT_FAILURE); } else if (pid < 0) { // Ошибка при форкинге perror("lsh"); } else { // Родительский процесс do { wpid = waitpid(pid, &status, WUNTRACED); } while (!WIFEXITED(status) && !WIFSIGNALED(status)); } return 1; }

Эта функция принимает список аргументов, которые мы создали ранее. Затем она разворачивает процесс и сохраняет возвращаемое значение. Как только fork() возвращает значение, мы получаем два параллельных процесса. Дочернему процессу соответствует первое условие if (где pid == 0).

В дочернем процессе мы хотим запустить команду, заданную пользователем. Поэтому мы используем один из вариантов системного вызова exec , execvp . Разные варианты exec делают разные вещи. Одни принимают переменное количество строковых аргументов, другие берут список строк, а третьи позволяют указать окружение, в котором выполняется процесс. Этот конкретный вариант принимает имя программы и массив (также называемый вектором, отсюда "v") строковых аргументов (первым должно быть имя программы). "p" означает, что вместо предоставления полного пути к файлу программы для запуска мы укажем только её имя, а также кажем операционной системе искать её самостоятельно.

Если команда exec возвращает -1 (или любое другое значение), значит, произошла ошибка. Таким образом, мы используем perror для вывода сообщения об ошибке вместе с именем программы, чтобы было понятно, где произошла ошибка. Затем мы завершаем процесс, но так, чтобы программная оболочка продолжала работать.

Второе условие (pid < 0) проверяет, произошла ли в процессе выполнения fork() ошибка. Если ошибка есть, мы выводим сообщение об этом на экран, но программа продолжает работать.

Третье условие означает, что вызов fork() выполнен успешно. Там находится родительский процесс. Мы знаем, что потомок собирается исполнить процесс, поэтому родитель должен дождаться завершения команды. Мы используем waitpid() для ожидания изменения состояния процесса. К сожалению, у waitpid() есть много опций (например, exec()). Процессы могут изменять свое состояние множеством способов, и не все состояния означают, что процесс завершился. Процесс может либо завершиться обычным путём (успешно либо с кодом ошибки), либо быть остановлен сигналом. Таким образом, мы используем макросы, предоставляемые waitpid() , чтобы убедиться, что процесс завершен. Затем функция возвращает 1 как сигнал вызывающей функции, что она снова может вывести приглашение ввода.

Встроенные функции оболочки

Возможно, вы заметили, что функция lsh_loop() вызывает lsh_execute() , но выше мы назвали нашу функцию lsh_launch() . Это было намеренно! Дело в том, что большинство команд, которые исполняет оболочка, являются программами - но не все. Некоторые из команд встроены прямо в оболочку.

Причина довольно проста. Если вы хотите сменить каталог, вам нужно использовать функцию chdir() . Дело в том, что текущий каталог является свойством процесса. Итак, допустим, вы написали программу cd , которая изменяет каталог. Она просто меняет свой текущий каталог и завершается, но текущий каталог родительского процесса не изменится. Вместо этого процесс оболочки должен исполнить chdir() , чтобы обновить свой текущий каталог. Затем, когда он запускает дочерние процессы, они также наследуют этот каталог.

Аналогично программа с именем exit не сможет выйти из командной оболочки, которая ее вызвала. Эта команда также должна быть встроена в оболочку. Кроме того, большинство оболочек настраиваются с помощью сценариев конфигурации, таких как ~/.bashrc . Эти сценарии используют команды, которые изменяют работу оболочки. Сами же команды могут изменить работу оболочки, если только они были реализованы внутри самой оболочки.

Соответственно, имеет смысл добавить некоторые команды в оболочку. В эту оболочку мы добавим cd , exit и help . А вот и реализация этих функций:

/* Объявление функций для встроенных команд оболочки: */ int lsh_cd(char **args); int lsh_help(char **args); int lsh_exit(char **args); /* Список встроенных команд, за которыми следуют соответствующие функции */ char *builtin_str = { "cd", "help", "exit" }; int (*builtin_func) (char **) = { &lsh_cd, &lsh_help, &lsh_exit }; int lsh_num_builtins() { return sizeof(builtin_str) / sizeof(char *); } /* Реализации встроенных функций */ int lsh_cd(char **args) { if (args == NULL) { fprintf(stderr, "lsh: ожидается аргумент для \"cd\"\n"); } else { if (chdir(args) != 0) { perror("lsh"); } } return 1; } int lsh_help(char **args) { int i; printf("LSH Стивена Бреннана\n"); printf("Наберите название программы и её аргументы и нажмите enter.\n"); printf("Вот список втсроенных команд:\n"); for (i = 0; i < lsh_num_builtins(); i++) { printf(" %s\n", builtin_str[i]); } printf("Используйте команду man для получения информации по другим программам.\n"); return 1; } int lsh_exit(char **args) { return 0; }

Код состоит из трёх частей. Первая часть содержит предваряющее объявление функций. Предваряющее объявление - это когда вы объявляете (но не определяете) что-то, чтобы можно было использовать это имя до его определения. lsh_help() - причина, по которой мы делаем это. Она использует массив встроенных функций, а сами массивы содержат lsh_help() . Самый простой способ разбить этот цикл зависимостей - это предваряющее объявление.

Следующая часть представляет собой массив имён встроенных команд, за которыми следует массив соответствующих функций. Это значит, что в будущем встроенные команды могут быть добавлены путем изменения этих массивов, а не большого оператора switch где-то в коде. Если вы смущены объявлением builtin_func , все в порядке. Это массив указателей на функции (которые принимают массив строк и возвращают int). Любое объявление, включающее указатели на функции в C, может стать действительно сложным.

Наконец, идет реализация каждой функции. Функция lsh_cd() сначала проверяет наличие своего второго аргумента и выводит сообщение об ошибке, если его нет. Затем она вызывает chdir() , проверяет наличие ошибок и завершает работу. Функция справки выводит информативное сообщение и имена всех встроенных функций. А функция выхода возвращает 0 , как сигнал для окончания цикла команд.

Объединение встроенных функций и процессов

Последний недостающий фрагмент головоломки заключается в реализации функции lsh_execute() , которая либо запускает либо встроенный, либо другой процесс.

Int lsh_execute(char **args) { int i; if (args == NULL) { // Была введена пустая команда. return 1; } for (i = 0; i < lsh_num_builtins(); i++) { if (strcmp(args, builtin_str[i]) == 0) { return (*builtin_func[i])(args); } } return lsh_launch(args); }

Код проверяет, является ли команда встроенной. Если это так, то запускает её, а в противном случае вызывает lsh_launch() , чтобы запустить процесс.

Собираем все вместе

Вот и весь код, который входит в командную оболочку. Если вы внимательно читали статью, то должны были понять, как работает оболочка. Чтобы испробовать оболочку (на Linux), вам нужно скопировать эти сегменты кода в файл main.c и скомпилировать его. Обязательно включите только одну реализацию lsh_read_line() . Вам нужно будет включить следующие заголовочные файлы:

• #include
  • waitpid() и связанные макросы
• #include
  • chdir()
  • fork()
  • exec()
  • pid_t
• #include
  • malloc()
  • realloc()
  • free()
  • exit()
  • execvp()
  • EXIT_SUCCESS , EXIT_FAILURE
• #include
  • fprintf()
  • printf()
  • stderr
  • getchar()
  • perror()
• #include
  • strcmp()
  • strtok()

Чтобы скомпилировать файл, введите в терминале gcc -o main main.c , а затем./main , чтобы запустить.

Кроме того, все исходники доступны на GitHub .

Подводя итоги

Очевидно, что эта оболочка не является многофункциональной. Некоторые из ее упущений:

• аргументы разделяются только пробелами, нет поддержки кавычек или обратного слеша;
• нет перенаправления и конвейеров;
• мало встроенных функций;
• нет подстановки имён файлов.

Чтобы разобраться в системных вызовах, рекомендуем обратиться к мануалу: man 3p . Если вы не знаете, какой интерфейс вам предлагают стандартная библиотека C и Unix, советуем посмотреть спецификацию POSIX , в частности раздел 13.