C語言簡易實現 Linux Shell：內建命令與外部程式執行機制

前言

Linux Shell 本質是「命令解析器」：讀取用戶輸入 → 解析命令與參數 → **內建命令**直接執行、**外部命令** fork+exec 執行。本文實現一個極簡 Shell (MyShell)，支援 cd 內建命令、任意外部命令執行、提示符顯示（用戶@主機:路徑$/#），代碼精簡易懂，適合學習進程控制與命令行解析。

一、核心架構

while (1) {
    print_prompt();           // 顯示 user@host:path$ 
    read_command();           // 讀取一行
    parse_command();          // 分割 argv[]
    if (builtin) exec_builtin(); // cd 等
    else {
        pid = fork();
        if (pid == 0) execvp(cmd, argv); // 子進程執行外部程式
        else wait(&status);              // 父進程等待
    }
}

二、完整代碼

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAXSIZE 100

void info_print() { // 顯示提示符
    char buf[MAXSIZE], *username, hostname[MAXSIZE], pwd[MAXSIZE];
    char ch;
    username = getenv("USER");
    getcwd(pwd, MAXSIZE);
    gethostname(hostname, MAXSIZE);
    ch = (strcmp(username, "root") == 0) ? '#' : '$';
    sprintf(buf, "%s@%s:%s%c ", username, hostname, pwd, ch);
    fprintf(stdout, "%s", buf);
}

int main() {
    while (1) {
        char command[MAXSIZE];
        pid_t pid; int status;
        info_print();
        memset(command, 0, MAXSIZE);
        fgets(command, MAXSIZE, stdin); // 比 gets 安全
        command[strcspn(command, "\n")] = 0; // 去換行

        if ((pid = fork()) < 0) { perror("fork"); exit(1); }
        if (pid > 0) { // 父進程
            wait(&status);
        } else { // 子進程
            // 簡易解析：按空格分割 argv
            char *argv[10]; int argc = 0;
            char *token = strtok(command, " ");
            while (token && argc < 10) {
                argv[argc++] = token;
                token = strtok(NULL, " ");
            }
            argv[argc] = NULL;
            if (argc == 0) exit(0); // 空命令

            // 內建命令 cd
            if (strcmp(argv[0], "cd") == 0) {
                if (argc < 2) fprintf(stderr, "cd: missing argument\n");
                else if (chdir(argv[1]) < 0) perror("chdir");
                exit(0);
            }
            // 外部命令
            if (execvp(argv[0], argv) < 0) {
                fprintf(stderr, "%s: command not found\n", argv[0]);
                exit(1);
            }
        }
    }
    return 0;
}

三、關鍵技術點解析

四、擴展方向

• 更多內建命令：exit, pwd, export, history, jobs。
• 管道支援：pipe() + 多 fork 串聯標準輸入輸出。
• 重導向：解析 <, >, 2>，dup2() 替換 stdin/stdout/stderr。
• 信號處理：SIGINT (Ctrl+C) 不殺 Shell，只殺前台作業；SIGCHLD 非阻塞回收。
• 命令行編輯：整合 readline 庫支援歷史、補全。

五、總結

這個 <100 行的 MyShell 涵蓋了 Shell 的**靈魂三件套**：提示符→解析→fork/exec/wait。理解它，就掌握了 Unix 進程模型、命令執行機制、Shell 內建與外部命令區別的核心邏輯。在此基礎上逐步擴展，即可構建功能完整的教學級 Shell。

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