我很想知道Shell（如bash、csh等）在内部是如何工作的。于是为了满足自己的好奇心，我用Python实现了一个叫yosh（YourOwnShell）的shell。本文中介绍的概念也可以应用于其他编程语言。（提示：你可以在这里找到这篇博文中使用的源代码，它是在MIT许可证下发布的。我在MacOSX10.11.5上用Python2.7.10和3.4.3测试了它。它应该可以在其他Unix上运行-like环境，例如Linux和Windows上的Cygwin。）让我们开始吧。第0步：项目结构对于这个项目，我使用了以下项目结构。yosh_project|--yosh|--__init__.py|--shell.pyyosh_project为项目根目录（也可以简单命名为yosh）。yosh是包目录，__init__.py可以让它成为一个和包同目录名的包（如果不是用Python写的可以省略）shell.py是我们的主脚本文件。第1步：Shell循环当启动一个shell时，它会显示命令提示符并等待您的命令输入。在接收到输入的命令并执行之后（本文后面会详细解释），你的shell会回到这里并循环等待下一个命令。在shell.py中，我们将从一个调用shell_loop()函数的简单主函数开始，如下所示：)，为了指示循环是继续还是停止，我们使用状态标志。在循环开始时，我们的shell将显示命令提示符并等待读取命令输入。importsysSHELL_STATUS_RUN=1SHELL_STATUS_STOP=0defshell_loop():status=SHELL_STATUS_RUNwhilestatus==SHELL_STATUS_RUN:###显示命令提示符sys.stdout.write('>')sys.stdout.flush()###读取命令输入cmd=sys.在stdin.readline()之后，我们拆分命令tokenize输入并执行execute（我们将很快实现tokenize和execute功能）。因此，我们的shell_loop()将如下所示：importsysSHELL_STATUS_RUN=1SHELL_STATUS_STOP=0defshell_loop():status=SHELL_STATUS_RUNwhilestatus==SHELL_STATUS_RUN:###显示命令提示符sys.stdout.write('>')sys.stdout.flush()###读取命令输入cmd=sys.stdin.readline()###拆分命令输入cmd_tokens=tokenize(cmd)###执行命令得到新状态status=execute(cmd_tokens)这就是我们整个shell循环.如果我们使用pythonshell.py启动shell，它将显示命令提示符。但是，如果我们键入命令并按enter，它会抛出一个错误，因为我们还没有定义tokenize函数。要退出shell，请尝试键入ctrl-c。稍后我将解释如何优雅地退出shell。第二步：命令分段tokenize当用户在我们的shell中输入一条命令并按下回车键时，该命令将是一个长字符串，其中包含命令名称及其参数。因此，我们必须对字符串进行拆分（将一个字符串拆分为多个元组）。乍一看似乎很简单。我们也许可以使用cmd.split()将输入拆分为空格。它适用于像ls-amy_folder这样的命令，因为它将命令拆分为列表['ls','-a','my_folder']以便我们可以轻松地处理它们。但是，有些情况下，像echo"HelloWorld"或echo'HelloWorld'这样的参数用单引号或双引号引起来。如果我们使用cmd.spilt，我们将得到一个包含3个标记['echo','"Hello','World"']的列表，而不是一个包含2个标记['echo','HelloWorld']的列表。幸运的是，Python提供了一个名为shlex的库，可以帮助我们神奇地拆分命令。（提示：我们也可以使用正则表达式，但这不是本文的重点。）importsysimportshlex...deftokenize(string):returnshlex.split(string)...然后我们将这些元组发送到执行过程。第3步：执行这是shell的核心和有趣部分。当shell执行mkdirtest_dir时到底发生了什么？（提示：mkdir是一个带有test_dir参数的可执行程序，它创建一个名为test_dir的目录。）execvp是此步骤所需的第一个函数。在我们解释execvp做什么之前，让我们看看它的实际应用。importos...defexecute(cmd_tokens):###执行命令os.execvp(cmd_tokens[0],cmd_tokens)###返回状态告诉下一个命令在shell_loop中等待returnSHELL_STATUS_RUN...尝试运行我们的再次shell，并输入mkdirtest_dir命令，然后回车。在我们按下Enter后，问题是我们的shell只是退出而不是等待下一个命令。但是，该目录已正确创建。那么，execvp到底做了什么？execvp是exec系统调用的变体。第一个参数是程序名称。v表示第二个参数是一个程序参数列表（可变数量的参数）。p表示环境变量PATH将用于搜索给定的程序名称。在我们最后一次尝试中，它会根据我们的PATH环境变量查找mkdir程序。（还有其他exec变体，如execv、execvpe、execl、execlp、execlpe；您可以用google搜索它们以获取更多信息。）exec将调用进程的当前内存替换为即将运行的新进程。在我们的例子中，我们的shell进程内存被替换为mkdir程序。接下来，mkdir成为主进程并创建test_dir目录。***进程退出。这里很重要的一点是我们的shell进程已经被mkdir进程所取代。这就是我们的shell消失并且不等待下一个命令的原因。因此，我们需要另一个系统调用来解决这个问题：fork。fork将分配新的内存并将当前进程复制到新进程。我们称这个新进程为子进程，调用者进程为父进程。然后，子进程内存被执行的程序替换。因此，我们的shell，也就是父进程，是安全的，不会有内存替换的危险。让我们看看修改后的代码。...defexecute(cmd_tokens):###Forkasubshel??lprocess###如果当前进程是子进程，则其`pid`设置为`0`###否则，如果当前进程是父进程,`pid`###的值是其子进程的进程ID。pid=os.fork()ifpid==0:###子进程###用exec调用的程序替换子进程os.execvp(cmd_tokens[0],cmd_tokens)elifpid>0:###父进程whileTrue:###等待其子进程的响应状态（按进程ID查找）wpid,status=os.waitpid(pid,0)###其子进程正常退出时###或者被中断时一个信号，结束等待状态ifos.WIFEXITED(status)oros.WIFSIGNALED(status):break###Returnstatus通知等待shell_loop中的下一个命令returnSHELL_STATUS_RUN...当我们的父进程调用os.fork()时，你它可以想象所有的源代码都被复制到新的子进程中。此时，父进程和子进程看到的是同一段代码，并行运行。如果正在运行的代码属于子进程，则pid将为0。否则，如果正在运行的代码属于父进程，则pid将为子进程的进程id。当在子进程中调用os.execvp时，可以想象子进程的所有源代码都被调用的程序代码替换了。但是，父进程的代码不会改变。当父进程完成等待子进程退出或终止时，它返回一个指示继续shell循环的状态。现在，您可以尝试运行我们的shell并键入mkdirtest_dir2。它应该正确执行。我们的主shell进程仍然存在并等待下一个命令。尝试ls，您可以看到创建的目录。但是，这里仍然存在一些问题。***，尝试cdtest_dir2然后是ls。它应该进入一个空的test_dir2目录。但是，您会看到目录没有更改为test_dir2。其次，我们仍然没有办法优雅地退出我们的shell。
