60行C代码实现一个shell

2021-01-26 00:00:00 程序 组合 输出 表达式 式子

继 300来行代码带你实现一个能跑的小Linux文件系统 之后,我们来看看如何60行C代码实现一个shell!

在实现它之前,先看看这样做的意义。

美是有目共睹的。Unix之美,稍微体会,便能得到。

1969年,Unix初始,没有fork,没有exec,没有pipe,没有 “一切皆文件” ,但是那时它已经是Unix了。它简单,可塑。

Melvin Conway在1963年的论文中叙述fork思想时就解释说并行路径要用结果来交互,也就是在汇合的join点来同步结果。这个同步点所得到的,就是一个并行进程的 输出 。

在此之外,Unix还有另一个原则,就是 组合小程序!

Unix把一系列功能单一的小程序组合成一个复杂的逻辑,这个原则有以下优势:

  • 每一个小程序都很容易编写。

  • 每一个小程序可以分别完成。

  • 每一个小程序可以分别迭代修复。

  • 多个小程序可以自由组合。

这是典型的模块化思想,小到统筹佐餐烧饭,大到组成生命的嘌呤嘧啶,都不自觉地和这种模块化思想相契机,原来这就是真理。 程序尽量小,只做一件事并且做好它。

Unix程序在自身的逻辑之外对外暴露的只有输入和输出。那么 用输出连接另一个程序输入 就是一种好的方法。所谓Conway的join点对于Unix进程指的就是输出。

对外暴露的越少,程序越内聚。这是一种范式,类似RISC处理器也是抽象出仅有的load和store来和内存交互。

简单来讲,Unix程序通过输入和输出来彼此连接。下面是一幅来自Wiki的图示:

Unix的另一个原则,即的 “一切皆文件!” 连接输出和输入的那个管道在Unix中被实现为Pipe,显然,它也是文件,一个FIFO文件。

说实话,协作几个小程序形成一个大逻辑的思想还是来自于Convey,在Convey的论文里,他称为 协程, Pile可以说是直接实现了 Convey协程 之间的交互。有关这段历史,请看:

用Pipe连接作为输出和输入连接Unix进程可以做成什么事情呢?让我们去感受一个再熟悉不过的实例,即数学式子:

我们把运算符加号,乘号,除号(暂不考虑括号,稍后解释为什么)这些看作是程序(事实上它们也真的是),那么类似数字3,5,7,6就是这些程序的输入了,这个式子终需要一个输出,获得这个输出的过程如下:

  1. 数字3,5是加号程序的输入,3+5执行,它获得输出8.

  2. 第1步中的输出8连同数字7作为乘号程序的输入,8 × 7执行,获得输出56.

  3. 第2步中的输出56连同数字6作为除号的输入,…

这个数学式子的求值过程和pipe连接的Unix程序组合获得终结果的过程完全一致。

如果你相信数学可以描述整个世界,那么Pipe连同Unix程序同样是描述这个世界的语言 。

在数学领域,程序 就是所有的运算符,加号,减号,乘号,除号,乘方,开方,求和,积分,求导…它们无一例外, 只做一件事。

在Unix看来也同样。它做的事情和下面的应该差不多,而且更多:

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