使用 Python 创建你自己的 Shell(下)

在上篇中，我们已经创建了一个 shell 主循环、切分了命令输入，以及通过 fork 和 exec 执行命令。在这部分，我们将会解决剩下的问题。首先，cd test_dir2 命令无法修改我们的当前目录。其次，我们仍无法优雅地从 shell 中退出。

步骤 4：内置命令

“cd test_dir2 无法修改我们的当前目录” 这句话是对的，但在某种意义上也是错的。在执行完该命令之后，我们仍然处在同一目录，从这个意义上讲，它是对的。然而，目录实际上已经被修改，只不过它是在子进程中被修改。

还记得我们分叉(fork)了一个子进程，然后执行命令，执行命令的过程没有发生在父进程上。结果是我们只是改变了子进程的当前目录，而不是父进程的目录。

然后子进程退出，而父进程在原封不动的目录下继续运行。

因此，这类与 shell 自己相关的命令必须是内置命令。它必须在 shell 进程中执行而不是在分叉中(forking)。

cd

让我们从 cd 命令开始。

我们首先创建一个 builtins 目录。每一个内置命令都会被放进这个目录中。

yosh_project
|-- yosh
   |-- builtins
   |   |-- __init__.py
   |   |-- cd.py
   |-- __init__.py
   |-- shell.py

在 cd.py 中，我们通过使用系统调用 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，我们会从内置函数返回 shell 的运行状态。所以，为了能够在项目中继续使用常量，我们将它们移至yosh/constants.py。

yosh_project
|-- yosh
   |-- builtins
   |   |-- __init__.py
   |   |-- cd.py
   |-- __init__.py
   |-- constants.py
   |-- shell.py

在 constants.py 中，我们将状态常量都放在这里。

SHELL_STATUS_STOP = 0
SHELL_STATUS_RUN = 1

现在，我们的内置 cd 已经准备好了。让我们修改 shell.py 来处理这些内置函数。

...
### 导入常量
from yosh.constants import *
### 使用哈希映射来存储内建的函数名及其引用
built_in_cmds = {}
def tokenize(string):
    return shlex.split(string)
def execute(cmd_tokens):
    ### 从元组中分拆命令名称与参数
    cmd_name = cmd_tokens[0]
    cmd_args = cmd_tokens[1:]
    ### 如果该命令是一个内建命令，使用参数调用该函数
    if cmd_name in built_in_cmds:
        return built_in_cmds[cmd_name](cmd_args)
    ...

我们使用一个 python 字典变量 built_in_cmds 作为哈希映射hash map，以存储我们的内置函数。我们在 execute 函数中提取命令的名字和参数。如果该命令在我们的哈希映射中，则调用对应的内置函数。

(提示：built_in_cmds[cmd_name] 返回能直接使用参数调用的函数引用。)

我们差不多准备好使用内置的 cd 函数了。最后一步是将 cd 函数添加到 built_in_cmds 映射中。

...
### 导入所有内建函数引用
from yosh.builtins import *
...
### 注册内建函数到内建命令的哈希映射中
def register_command(name, func):
    built_in_cmds[name] = func
### 在此注册所有的内建命令
def init():
    register_command("cd", cd)
def main():
    ###在开始主循环之前初始化 shell
    init()
    shell_loop()

我们定义了 register_command 函数，以添加一个内置函数到我们内置的命令哈希映射。接着，我们定义 init 函数并且在这里注册内置的 cd 函数。

注意这行 register_command("cd", cd) 。第一个参数为命令的名字。第二个参数为一个函数引用。为了能够让第二个参数 cd 引用到 yosh/builtins/cd.py 中的 cd 函数引用，我们必须将以下这行代码放在yosh/builtins/__init__.py 文件中。

from yosh.builtins.cd import *

因此，在 yosh/shell.py 中，当我们从 yosh.builtins 导入 * 时，我们可以得到已经通过yosh.builtins 导入的 cd 函数引用。

我们已经准备好了代码。让我们尝试在 yosh 同级目录下以模块形式运行我们的 shell，python -m yosh.shell。

现在，cd 命令可以正确修改我们的 shell 目录了，同时非内置命令仍然可以工作。非常好!

exit

最后一块终于来了：优雅地退出。

我们需要一个可以修改 shell 状态为 SHELL_STATUS_STOP 的函数。这样，shell 循环可以自然地结束，shell 将到达终点而退出。

和 cd 一样，如果我们在子进程中分叉并执行 exit 函数，其对父进程是不起作用的。因此，exit 函数需要成为一个 shell 内置函数。

让我们从这开始：在 builtins 目录下创建一个名为 exit.py 的新文件。

yosh_project
|-- yosh
   |-- builtins
   |   |-- __init__.py
   |   |-- cd.py
   |   |-- exit.py
   |-- __init__.py
   |-- constants.py
   |-- shell.py

exit.py 定义了一个 exit 函数，该函数仅仅返回一个可以退出主循环的状态。

from yosh.constants import *
def exit(args):
    return SHELL_STATUS_STOP

然后，我们导入位于 yosh/builtins/__init__.py 文件的 exit 函数引用。

from yosh.builtins.cd import *
from yosh.builtins.exit import *

最后，我们在 shell.py 中的 init() 函数注册 exit 命令。

...
### 在此注册所有的内建命令
def init():
    register_command("cd", cd)
    register_command("exit", exit)
...

到此为止!

尝试执行 python -m yosh.shell。现在你可以输入 exit 优雅地退出程序了。

最后的想法

我希望你能像我一样享受创建 yosh (your own shell)的过程。但我的 yosh 版本仍处于早期阶段。我没有处理一些会使 shell 崩溃的极端状况。还有很多我没有覆盖的内置命令。为了提高性能，一些非内置命令也可以实现为内置命令(避免新进程创建时间)。同时，大量的功能还没有实现(请看 公共特性[1] 和 不同特性[2])。