第37回 | shell 程序跑起來(lái)了

書(shū)接上回，上回書(shū)咱們說(shuō)到，Linux 通過(guò)缺頁(yè)中斷處理過(guò)程，將 /bin/sh 的代碼從硬盤(pán)加載到了內(nèi)存，此時(shí)便可以正式執(zhí)行 shell 程序了。

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這個(gè) shell 程序，也就是 Linux 0.11 中要執(zhí)行的這個(gè) /bin/sh 程序，它的源碼并沒(méi)有體現(xiàn)在 Linux 0.11 源碼中。

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也可以說(shuō)，不論這個(gè) /bin/sh 是個(gè)啥文件，哪怕只是個(gè) hello world 程序，Linux 0.11 的啟動(dòng)過(guò)程中也會(huì)傻傻地去執(zhí)行它。

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但同時(shí)，shell 又是一個(gè)我們?cè)偈煜げ贿^(guò)的東西了。

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在我的騰訊云服務(wù)器上（用 Termius 連接），它是這個(gè)樣子的。

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在我的 Ubuntu 16.04 虛擬機(jī)上，它是這個(gè)樣子的。

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在我的 mac 電腦上，它是這個(gè)樣子的。

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沒(méi)錯(cuò)，它就是我們通常說(shuō)的那個(gè)命令行黑窗口。

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當(dāng)然 shell 只是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，具體的實(shí)現(xiàn)可以有很多，比如在我的 Ubuntu 16.04 上，具體的 shell 實(shí)現(xiàn)是 bash。

flash:~$?echo?$SHELL
/bin/bash

而在我的 mac 上，具體的實(shí)現(xiàn)是 zsh。

~?echo?$SHELL
/bin/zsh

當(dāng)然，默認(rèn)的 shell 實(shí)現(xiàn)也可以手動(dòng)進(jìn)行設(shè)置并更改。

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還有個(gè)有意思的事，shell 前面的提示符，是否可以修改呢？

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我的騰訊云服務(wù)器上，提示符是

[root@VM-24-11-centos?~]#

我的 Ubuntu 虛擬機(jī)上，提示符是

flash:~$

我的 mac 電腦上更簡(jiǎn)單，提示符是

~

我現(xiàn)在覺(jué)得我那個(gè)騰訊云服務(wù)器上的提示符太長(zhǎng)了怎么辦？我們先查看一個(gè)變量 PS1 的值

[root@VM-24-11-centos?~]#?echo?$PS1
[\u@\h?\W]\$

然后，我們直接把這個(gè)值給改了。

[root@VM-24-11-centos?~]#?echo?$PS1
[\u@\h?\W]\$
[root@VM-24-11-centos?~]#?PS1=[呵呵呵]
[呵呵呵]

可以看到神奇的事情發(fā)生了，前面的提示符變成了我們自己定義的樣子。

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其實(shí)我就想說(shuō)，shell 程序也僅僅是個(gè)程序而已，它的輸出，它的輸入，它的執(zhí)行邏輯，是完全可以通過(guò)閱讀程序源碼來(lái)知道的，和一個(gè)普通的程序并沒(méi)有任何區(qū)別。

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好了，接下來(lái)我們就閱讀一下 shell 程序的源碼，只需要找到它的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)即可。但是 bash，zsh 等實(shí)現(xiàn)都過(guò)于復(fù)雜，很多東西對(duì)于我們學(xué)習(xí)完全沒(méi)必要。

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所以這里我通過(guò)一個(gè)非常非常精簡(jiǎn)的 shell 實(shí)現(xiàn)，即 xv6 里的 shell 實(shí)現(xiàn)為例，來(lái)進(jìn)行講解。

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xv6 是一個(gè)非常非常經(jīng)典且簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，是由麻省理工學(xué)院為操作系統(tǒng)工程的課程開(kāi)發(fā)的一個(gè)教學(xué)目的的操作系統(tǒng)，所以非常適合操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

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而在它的源代碼中，又恰好實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的 shell 程序，所以閱讀它的代碼，對(duì)我們這個(gè)系列課程來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直再合適不過(guò)了。

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看到?jīng)]，甚至在這么一個(gè)小小的截圖里，已經(jīng)可以完整展示 sh.c 里全部的 main 方法代碼了。

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但我仍然十分貪婪，即便是這么短的代碼，我也幫你把一些多余的校驗(yàn)邏輯去掉，再去掉關(guān)于 cd 命令的特殊處理分支，來(lái)一個(gè)最干凈的版本。

//?xv6-public?sh.c
int?main(void)?{
????static?char?buf[100];
????//?讀取命令
????while(getcmd(buf,?sizeof(buf))?>=?0){
????????//?創(chuàng)建新進(jìn)程
????????if(fork()?==?0)
????????????//?執(zhí)行命令
????????????runcmd(parsecmd(buf));
????????//?等待進(jìn)程退出
????????wait();
????}
}

看，shell 程序變得異常簡(jiǎn)單了！

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總得來(lái)說(shuō)，shell 程序就是個(gè)死循環(huán)，它永遠(yuǎn)不會(huì)自己退出，除非我們手動(dòng)終止了這個(gè) shell 進(jìn)程。

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在死循環(huán)里面，shell 就是不斷讀?。?strong>getcmd）我們用戶輸入的命令，創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程（fork），在新進(jìn)程里執(zhí)行（runcmd）剛剛讀取到的命令，最后等待（wait）進(jìn)程退出，再次進(jìn)入讀取下一條命令的循環(huán)中。

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由此你是不是也感受到了 xv6 源碼的簡(jiǎn)單之美，真的是見(jiàn)名知意，當(dāng)你跟我走完這個(gè) Linux 0.11 之旅后，再去閱讀 xv6 的源碼你會(huì)覺(jué)得非常舒服，因?yàn)?Linux 0.11 很多地方都用了非常騷的編碼技巧，使得理解起來(lái)很困難，誰(shuí)讓 Linus 這么特立獨(dú)行呢。

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我們之前說(shuō)過(guò) shell 就是不斷 fork + execve 完成執(zhí)行一個(gè)新程序的功能的，那 execve 在哪呢？

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那我們就要看執(zhí)行命令的 runcmd 代碼了。

void?runcmd(struct?cmd?*cmd)?{
????...
????struct?execcmd?ecmd?=?(struct?execcmd*)cmd;
????...
????exec(ecmd->argv[0],?ecmd->argv);
????...
}

這里我又省略了很多代碼，比如遇到管道命令 PIPE，遇到命令集合 LIST 時(shí)的處理邏輯，我們僅僅看單純執(zhí)行一條命令的邏輯。

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可以看到，就是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單調(diào)用了個(gè) exec 函數(shù)，這個(gè) exec 是 xv6 代碼里的名字，在 Linux 0.11 里就是我們?cè)?第35回 | execve 加載并執(zhí)行 shell 程序 里講的 execve 函數(shù)。

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shell 執(zhí)行一個(gè)我們所指定的程序，就和我們?cè)?Linux 0.11 里通過(guò) fork + execve 函數(shù)執(zhí)行了 /bin/sh 程序是一個(gè)道理。

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你看，fork 和 execve 函數(shù)你一旦懂了，shell 程序的原理你就直接秒懂了。而 fork 和 execve 函數(shù)的原理，其實(shí)如果你非常熟練地掌握中斷、虛擬內(nèi)存、文件系統(tǒng)、進(jìn)程調(diào)度等更為底層的基礎(chǔ)知識(shí)，其實(shí)也不難理解。

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所以，根基真的很重要，本回已經(jīng)到操作系統(tǒng)啟動(dòng)流程的最后一哆嗦了，如果你現(xiàn)在感覺(jué)十分混亂，最好的辦法就是，不斷去啃之前那些你認(rèn)為"無(wú)聊的"、"沒(méi)用的"章節(jié)。

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好了，今天的 shell 就到這里了，畢竟我們是講 Linux 0.11 核心流程的系列，不必過(guò)多深入 shell 這個(gè)應(yīng)用程序。

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接下來(lái)有個(gè)問(wèn)題，shell 程序執(zhí)行了，操作系統(tǒng)就結(jié)束了么？

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欲知后事如何，且聽(tīng)下回分解。