【打造你自己的Shell：编写定制化命令行体验】(二)：https://developer.aliyun.com/article/1425817

4.3.更改为多线程版本

我们来看一下让我们的子进程执行替换的工作

运行结果：

我们为什么要使用子进程进行替换工作呢？而让我们的父进程去阻塞等待呢？因为父进程能获取到子进程的退出信息，能知道替换的工作执行结果。为什么替换工作为什么没有影响我们的父进程呢？因为进程具有独立性，代码和数据在进行加载的时候，此时就进行了修改，就会发生写时拷贝，随后数据和代码父子进程各种拥有一份。那shell是如何运行一个指令的呢？

创建新进程：一旦找到了可执行文件，Shell会创建一个新的进程来执行该文件。这个新进程是原始Shell进程的子进程，bash会waitpid等待子进程的退出信息。
加载可执行文件：新的进程会加载你输入的命令对应的可执行文件到内存中，也就是进程程序替换。
执行命令：子进程进程开始执行加载的可执行文件。这是实际的命令运行阶段。
命令完成：子进程执行完毕，bash进程获取子进程的退出信息，随后子进程退出销毁。

4.4.学习各种exec的接口

4.4.1替换函数

其实有七种以exec开头的函数，统称exec函数：

#include <unistd.h>
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);
// 系统调用
int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

4.4.2.函数解释

这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回。
如果调用出错则返回-1
所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。

4.4.3.命名理解

这些函数原型看起来很容易混,但只要掌握了规律就很好记。

l(list) : 表示参数采用列表
v(vector) : 参数用数组
p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
e(env) : 表示自己维护环境变量

exec调用举例如下：

#include <unistd.h>
int main()
{
  char* const argv[] = { "ps", "-ef", NULL };
  char* const envp[] = { "PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL };
    execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);
    // 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
  execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);
    // 这里的参数不重复，第一个参数意思是你想执行谁？
    // 第二个参数是你想怎么执行？
    // 带e的，需要自己组装环境变量
  execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);
  execv("/bin/ps", argv);
  // 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
  execvp("ps", argv);
    // 带e的，带p的
    execvpe("ps", argv, envp);
  // 带e的，需要自己组装环境变量
  execve("/bin/ps", argv, envp);
  exit(0);
}

题外话：exec*可以执行系统的指令(程序)，那可以执行我们自己的程序吗？当然可以

文件扩展名 .cc 通常表示一个C++源代码文件。在编程领域，C++是一种通用的、面向对象的编程语言，而 .cc 扩展名通常用于标识C++源代码文件。其他常见的C++源代码文件扩展名还包括 .cpp 和 .cxx。随后我们创建一个.cc的C++源代码文件

随后编译可以形成我们的可执行文件，然后我们运行一下。

所以今天我们就要在makefile里面一次形成两个可执行程序了，那怎么做呢？我们想使C程序把C++程序调起来。我们首先就要修改一下我们的makefile文件。

mytest:mytest.cc
    g++ -o $@ $^ std=c++11
myprocess:myprocess.c
    gcc -o $@ $^ 
.PHONY=clean
clean:
    rm -f myprocess mytest

然后我们make编译一下

只形成了一个可执行程序文件，而且是c++可执行程序，我们试着把make里面c语言提到最前面

myprocess:myprocess.c
    gcc -o $@ $^ 
mytest:mytest.cc
    g++ -o $@ $^ std=c++11
.PHONY=clean
clean:
    rm -f myprocess mytest

然后我们make编译一下，看看结果

此时依然之形成了一个可执行程序文件，只不过此时是c语言的可执行文件。为什么呢？因为makefile在从上到下扫描的时候，只会形成一个可执行程序。根据上面的结论，我们可以得出那个可执行程序放在最前面，那个可执行就会被执行，而后面的那个就不会执行。那如果我们想要通过makefile形成多个可执行程序呢？在Makefile中，如果你想生成多个可执行程序，可以在Makefile中定义多个目标（target）。每个目标对应一个可执行程序。以下是一个简单的例子：

.PHONY:all # 伪目标，总是被执行的
all: program1 program2 # all依赖于program1 program2
                       # 就要形成program1 program2
# 没有依赖方法
program1: source1.c
    gcc -o program1 source1.c
program2: source2.c
    gcc -o program2 source2.c
.PHONY=clean
clean:
    rm -f program1 program2

在这个例子中，all 是默认目标，它依赖于 program1 和 program2 这两个目标。当你运行 make 命令时，它会首先构建 program1 和 program2。

.PHONY:all
all:myprocess mytest
myprocess:myprocess.c
    gcc -o $@ $^ 
mytest:mytest.cc
    g++ -o $@ $^ std=c++11
.PHONY=clean
clean:
    rm -f myprocess mytest

此时我们再make编译一下我们的文件。

此时就形成了两个可执行程序了，接下里我们就使用C程序把C++程序调起来，直接看代码

上面我们才传入参数的时候带入了选项，我们想观察一下C++程序有没有接收到C语言程序传入的命令行参数，我们来修改C++程序代码

然后我们来make编译运行一下

这样我们就用了C语言代码调用了C++的代码。除了能调用C++代码，还能调用其他语言的代码吗？我们来试一下shell脚本，它的后缀名是.sh

#!/user/bin/bash
echo "hello shell"
echo "hello shell"
echo "hello shell"
echo "hello shell"
echo "hello shell"

然后我们再来运行一下shell脚本。

然后我们再来修改一下C语言代码，使其能调用我们的shell脚本

excel("/usr/bin/bash","bash","test.sh",NULL);

然后我们再运行一下

所以exec*可以执行系统的指令(程序)，也可以执行我们自己写的程序(无论什么语言，只要能在Linux下运行即可)。但是为什么呢？因为所有的语言运行之后，都是进程，都拥有自己的代码和数据，而进程替换只有有代码和数据就可以替换！对于exce来说，只有数据和代码，没有语言的区别，它只看进程。我们上面的C++代码可以获取程序的命令行参数，那现在也就可以获取环境变量了，它的环境变量就可以从C语言程序中获取来，所有我们就可以研究带'e'的程序替换。直接看代码

然后我们运行就发现此时同为子进程的C++程序就能打印出父进程所有的环境变量。但是此时我们的C语言代码是没有传入环境参数的，说明没传它就默认能拿到环境变量，怎么做到的呢？如果我们导入一个其他的环境变量呢？它能拿到吗？我们导入一个环境变量导给bash。./myprocess的时候会创建一个子进程，myprocess就是bash的子进程，此时myprocess就能拿到父进程导入的环境变量，而我们的mprocess还创建了一个子进程，子进程完成的任务是进程替工作，但是它是子进程，它也会继承父进程的环境变量。

那为什么呢？因为命令行参数和环境变量都在进程地址空间，而创建的这个子进程会继承父进程的进程地址空间的，所以我们的子进程可以直接拿到父进程的环境变量，所以Linux系统默认可以通过地址空间继承的方式，让所有的子进程拿到环境变量。所以进程替换，不会替换环境变量数据。

1.如果我们想让子进程继承全部的环境变量，直接就能拿到。

2.如果我们想单纯的新增呢？putebv

putenv函数是一个C标准库中的函数，用于设置环境变量。putenv谁调用这个函数，就把这个环境变量导入到谁的进程地址空间里。

此时putenv导入到myprocess程序里，所以bash进程不会拿到这个环境变量，而C++程序作为myprocess的子进程，会拿到这个环境变量，我们来看一下运行结果。

3.如果我们想设置全新的环境变量(覆盖方式)呢？使用exce带'e'的接口

运行结果：

事实上，只有execve是真正的系统调用，其它五个函数最终都调用 execve，所以execve在man手册第2节，其它函数在 man手册第3节。这些函数之间的关系如下图所示。下图exec函数族一个完整的例子：

五、自定义shell编写

用下图的时间轴来表示事件的发生次序。其中时间从左向右。shell由标识为sh的方块代表，它随着时间的流逝从左向右移动。shell从用户读入字符串"ls"。shell建立一个新的进程，然后在那个进程中运行ls程序并等待那个进程结束。

然后shell读取新的一行输入，建立一个新的进程，在这个进程中运行程序并等待这个进程结束。所以要写一个shell，需要循环以下过程:

1. 获取命令行

2. 解析命令行

3. 建立一个子进程（fork）

4. 替换子进程（execvp）

5. 父进程等待子进程退出（wait）

根据这些思路，和我们前面的学的技术，就可以自己来实现一个shell了。

我们每次使用滴时候都会看到[xyc@xyc-alicloud myshell]，它是一个提示符包括[用户名@主机名所处路径]，它是一个提示符包括[用户名@主机名所处路径]，然后再输入我们的指令，我们的指令其实是一个命令行字符串，所以首先我们就要输出提示符并获取用户输入的命令字符串"ls -a -l"。要获取我们的提示符的相关信息我们都可以调用我们的系统调用，它这里面都可以获取这些信息，比如我们的getcwd获取所处路径

但是现在我们不想使用系统调用呢？我们其实还可以使用环境变量，环境变量里面包含了提示符的信息，并且环境变量能随着用户和工作目录的改变而改变，这样就可以让我们的shell功能更加高效。

我们可以通过getenv获取这些环境变量。

然后我们来看代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
const char* info[3];//全局数组
void getInfo()
{
  char* user = getenv("USER");
  if(user) info[0] = user;
  else info[0] = "None";
  char* hostname = getenv("HOSTNAME");
  if(hostname) info[1] = hostname;
  else info[1] = "None";
  char* pwd = getenv("PWD");
  if(pwd) info[2] = pwd;
  else info[2] = "None";
}
int main()
{
  //输出提示符并获取用户输入的命令字符串"ls -a -l"
  getInfo();
  printf("[%s@%s %s]$",info[0],info[1],info[2]);
  return 0;
}