用Python从头开发一个自己的Shell(下)

黑狼

编程派微信号：codingpy

平常工作中经常用到 shell 吧？好不好奇 shell 的具体执行方式？今天推送的这两篇文章，将利用 Python 实现一些简单的 shell 功能。
本文原作者为Supasate Choochaisri ，由 PythonTG 翻译组的 Justin 翻译，校对为 EarlGrey。译者简介：Justin，python工程师一枚，对go、docker感兴趣，还在成长ing。

在第一部分中，我们已经实现了主要的 shell 循环，切分了命令输入，并通过 fork 和 exec 执行了输入命令。在本文中，我们将解决剩下的问题。第一个问题是 cd test_dir2 并未改变当前目录。第二个问题是我们仍不能优雅地退出 shell。
Step 4: 内置命令

cd test_dir2 并未改变当前目录，这种说法在某种意义上说既是对的又是错误的。正确是因为执行命令之后，仍在相同的目录。然而，目录确实改变了，不过是在子进程中改变的。
还记得我们 fork 了一个子进程，然后执行命令，这个命令并不会在父进程中执行，导致仅仅改变了子进程的目录，而没有改变父进程的目录。
之后，子进程终止，父进程仍保持原先的目录。
因此，这类命令必须为 shell 本身内置，并得在 shell 进程中执行，而不是通过 fork。
cd

我们先从 cd 命令开始。
首先建立一个 builtins 目录，来存放内建命令。
yosh_project|-- yosh  |-- builtins  |  |-- __init__.py  |  |-- cd.py  |-- __init__.py  |-- shell.py在 cd.py 中，通过使用系统调用 os.chdir 实现自己的 cd 命令：
import os
from yosh.constants import *

def cd(args):  os.chdir(args[0])
  return SHELL_STATUS_RUN注意到在内建函数中会返回 shell 的运行状态，所以，我们把常量写进 yosh/constants.py 中供项目使用。
yosh_project|-- yosh  |-- builtins  |  |-- __init__.py  |  |-- cd.py  |-- __init__.py  |-- constants.py  |-- shell.py在 constants.py 中定义 shell 状态常量：
SHELL_STATUS_STOP = 0

SHELL_STATUS_RUN = 1现在，内建的 cd 命令已经就绪。接下来修改 shell.py 来处理内建函数。
...
# Import constants
from yosh.constants import *
# Hash map to store built-in function name and reference as key and value

built_in_cmds = {}

def tokenize(string):  return shlex.split(string)

def execute(cmd_tokens):  # Extract command name and arguments from tokens  cmd_name = cmd_tokens[0]  cmd_args = cmd_tokens[1:]
  # If the command is a built-in command, invoke its function with arguments  if cmd_name in built_in_cmds:
    return built_in_cmds[cmd_name](cmd_args)  ...使用 Python 字典 built_in_cmds，作为存储内建函数的哈希表。在 execute 函数中，将命令名及参数取出，如果命令名在哈希表中，就调用对应的函数。
（注意：built_in_cmds[cmd_name] 返回可以使用用参数立即调用的函数引用）
我们马上就可以使用内建的 cd 函数了，最后一步是将 cd 函数加到 built_in_cmds 中。
...
# Import all built-in function references
from yosh.builtins import *...
# Register a built-in function to built-in command hash map
def register_command(name, func):  built_in_cmds[name] = func

# Register all built-in commands here
def init():  register_command("cd", cd)

def main():  # Init shell before starting the main loop  init()  shell_loop()定义 register_command 函数来向内建命令哈希表中添加内建函数，然后定义 init 函数，并注册内建 cd 函数。
注意 register_command("cd", cd) 这一行代码。第一个参数是命令名，第二个参数是函数的引用。为了使第二个参数 cd 指向 yosh/builtins/cd.py 中的 cd 函数，我们需要在 yosh/builtins/__init__.py中添加下面的代码：
from yosh.builtins.cd import *因此，在 yosh/shell.py 中，当从 yosh.builtins 中 import * 时，就得到了 cd 函数的引用。
代码已经准备就绪，来尝试在 yosh 同级目录下运行 python -m yosh.shell。
现在，我们的 cd 命令应该能够正确改变 shell 目录，同时哪些非内建命令也同样有效。
退出

下面是最后一步：优雅地退出。
我们需要一个函数将 shell 的状态改变为 SHELL_STATUS_STOP，这样 shell 循环将会中断，shell 程序也将会结束并退出。
像 cd 一样，如果在子进程中 fork 并执行 exit 命令，对父进程不会有影响。因此，exit 函数必须为内建函数。
在 builtins 文件夹下新建 exit.py：
yosh_project|-- yosh  |-- builtins  |  |-- __init__.py  |  |-- cd.py  |  |-- exit.py  |-- __init__.py  |-- constants.py  |-- shell.pyexit.py 中定义了 exit 函数，用来返回终止主循环的状态值：
from yosh.constants import *

def exit(args):  return SHELL_STATUS_STOP然后，在 yosh/builtins/__init__.py 中导入 exit 函数的引用：
from yosh.builtins.cd import *
from yosh.builtins.exit import *最后，在 shell.py 中的 init() 函数中注册 exit 函数：
...
# Register all built-in commands here
def init():  register_command("cd", cd)  register_command("exit", exit)...大功告成！
尝试运行 python -m yosh.shell，现在输入 exit 就可以优雅地退出程序了。
一些思考

我希望你像我一样，享受创造 yosh (属于自己的shell)的过程，但是 yosh 现在还是粗糙，我没有处理可能导致 shell 中断的特殊情况，也有很多内建功能没有覆盖到。一些非内建函数也可以作为内建函数实现，以提高性能（避免创建新进程的时间开销），还有很多功能没有实现（参考常见功能和特殊功能）
我在 github 上提供了源码，欢迎 fork 并把玩。
现在，轮到你来创造属于自己的 shell 了。
祝编码愉快！
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