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1.2. 環(huán)境與工具

2.1. 系統(tǒng)架構(gòu)

圖 2.1. bash基本架構(gòu)圖

2.2. 主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

/* A structure which represents a word. */typedef struct word_desc {  char *word;		/* Zero terminated string. */  int flags;		/* Flags associated with this word. */} WORD_DESC;/* A linked list of words. */typedef struct word_list {  struct word_list *next;  WORD_DESC *word;} WORD_LIST;

命令等各種結(jié)構(gòu)都可能引用字符串或字符串?dāng)?shù)組。bash對(duì)于有必要做進(jìn)一步語(yǔ)義處理的字符串使用WORD_DESC、WORD_LIST結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝。

WORD_DESC結(jié)構(gòu)是對(duì)字符指針的一層封裝，可稱(chēng)為字符串描述符。它在字符指針的基礎(chǔ)上附加了一個(gè)flags標(biāo)志位集合。其標(biāo)志位包含W_HASDOLLAR、W_QUOTED、W_DQUOTE、W_GLOBEXP等，分別表示該字符串中包含了“$”、引號(hào)、雙引號(hào)、通配符等，目的是便于在變量代入、通配展開(kāi)等過(guò)程中處理相應(yīng)字符串。

WORD_LIST結(jié)構(gòu)是WORD_DESC對(duì)象的鏈表。

/* What a command looks like. */typedef struct command {  enum command_type type;	/* FOR CASE WHILE IF CONNECTION or SIMPLE. */  int flags;			/* Flags controlling execution environment. */  int line;			/* line number the command starts on */  REDIRECT *redirects;		/* Special redirects for FOR CASE, etc. */  union {    struct for_com *For;    struct case_com *Case;    struct while_com *While;    struct if_com *If;    struct connection *Connection;    struct simple_com *Simple;    struct function_def *Function_def;    struct group_com *Group;#if defined (SELECT_COMMAND)    struct select_com *Select;#endif#if defined (DPAREN_ARITHMETIC)    struct arith_com *Arith;#endif#if defined (COND_COMMAND)    struct cond_com *Cond;#endif#if defined (ARITH_FOR_COMMAND)    struct arith_for_com *ArithFor;#endif    struct subshell_com *Subshell;  } value;} COMMAND;

COMMAND結(jié)構(gòu)描述一條bash命令，這里的“命令”概念指語(yǔ)法分析器通過(guò)定界符、管道或控制語(yǔ)句分析出的相對(duì)獨(dú)立的執(zhí)行單元，它可以是內(nèi)部或外部命令、函數(shù)、控制結(jié)構(gòu)、算術(shù)表達(dá)式等。

枚舉參數(shù)type表示了一個(gè)命令對(duì)象代表的命令屬于上述何種類(lèi)型。整型變量flags記錄了一系列有關(guān)運(yùn)行環(huán)境的標(biāo)志位，包括：

/* Possible values for command->flags. */#define CMD_WANT_SUBSHELL  0x01	/* User wants a subshell: ( command ) */#define CMD_FORCE_SUBSHELL 0x02	/* Shell needs to force a subshell. */#define CMD_INVERT_RETURN  0x04	/* Invert the exit value. */#define CMD_IGNORE_RETURN  0x08	/* Ignore the exit value.  For set -e. */#define CMD_NO_FUNCTIONS   0x10 /* Ignore functions during command lookup. */#define CMD_INHIBIT_EXPANSION 0x20 /* Do not expand the command words. */#define CMD_NO_FORK	   0x40	/* Don't fork; just call execve */#define CMD_TIME_PIPELINE  0x80 /* Time a pipeline */#define CMD_TIME_POSIX	   0x100 /* time -p; use POSIX.2 time output spec. */#define CMD_AMPERSAND	   0x200 /* command & */#define CMD_STDIN_REDIR	   0x400 /* async command needs implicit 
整型變量line表示該命令在一個(gè)腳本中所處的行數(shù)。指針redirects指向說(shuō)明本命令重定向信息的REDIRECT結(jié)構(gòu)對(duì)象。最后，針對(duì)不同的命令類(lèi)型，COMMAND結(jié)構(gòu)包含不同命令類(lèi)型具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的聯(lián)合：
對(duì)于內(nèi)部或外部命令，使用聯(lián)合中的simple_com結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)主要記錄了命令名和命令行參數(shù)。它們存儲(chǔ)于WORD_LIST鏈表結(jié)構(gòu)，表元結(jié)點(diǎn)是WORD_DESC結(jié)構(gòu)。
對(duì)于分支、循環(huán)等控制結(jié)構(gòu)，它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中主要包含指向相關(guān)控制流對(duì)應(yīng)命令的指針。例如while_com結(jié)構(gòu)包含了測(cè)試條件和循環(huán)體對(duì)應(yīng)命令的指針；if_com結(jié)構(gòu)包含了測(cè)試條件、真值執(zhí)行體和假值執(zhí)行體對(duì)應(yīng)命令的指針。
對(duì)于函數(shù)定義，function_def結(jié)構(gòu)包含了指向函數(shù)名的WORD_DESC結(jié)構(gòu)指針、函數(shù)對(duì)應(yīng)命令的指針以及指定函數(shù)所在文件名的指針。

/* Structure describing a redirection.  If REDIRECTOR is negative, the parser   (or translator in redir.c) encountered an out-of-range file descriptor. */typedef struct redirect {  struct redirect *next;	/* Next element, or NULL. */  int redirector;		/* Descriptor to be redirected. */  int flags;			/* Flag value for `open'. */  enum r_instruction  instruction; /* What to do with the information. */  REDIRECTEE redirectee;	/* File descriptor or filename */  char *here_doc_eof;		/* The word that appeared in <<="" pre="">
REDIRECT結(jié)構(gòu)是對(duì)命令輸入輸出重定向的定義。一條命令可以設(shè)置多個(gè)（輸入、輸出、錯(cuò)誤）重定向，因此REDIRECT結(jié)構(gòu)本身包含指向下一個(gè)REDIRECT對(duì)象的next指針，以便構(gòu)成一條命令的重定向鏈表。
整型參數(shù)redirector為重定向源的文件描述符，標(biāo)志位集合flags定義目標(biāo)文件打開(kāi)方式。instruction枚舉定義了重定向的具體類(lèi)型，它們包括：
/* Instructions describing what kind of thing to do for a redirection. */enum r_instruction {  r_output_direction, r_input_direction, r_inputa_direction,  r_appending_to, r_reading_until, r_reading_string,  r_duplicating_input, r_duplicating_output, r_deblank_reading_until,  r_close_this, r_err_and_out, r_input_output, r_output_force,  r_duplicating_input_word, r_duplicating_output_word,  r_move_input, r_move_output, r_move_input_word, r_move_output_word};
重定向的目標(biāo)記錄在REDIRECTEE聯(lián)合中，它可以是一個(gè)文件名或文件描述符。定義如下：
/* What a redirection descriptor looks like.  If the redirection instruction   is ri_duplicating_input or ri_duplicating_output, use DEST, otherwise   use the file in FILENAME.  Out-of-range descriptors are identified by a   negative DEST. */typedef union {  int dest;			/* Place to redirect REDIRECTOR to, or ... */  WORD_DESC *filename;		/* filename to redirect to. */} REDIRECTEE;
此外，對(duì)于Here Document類(lèi)型的重定向，REDIRECT結(jié)構(gòu)中的here_doc_eof指針指向Here Document。

bash本身的shell變量以及其中運(yùn)行的函數(shù)的局部變量上下文存儲(chǔ)在VAR_CONTEXT結(jié)構(gòu)中。

/* A variable context. */typedef struct var_context {  char *name;		/* empty or NULL means global context */  int scope;		/* 0 means global context */  int flags;  struct var_context *up;	/* previous function calls */  struct var_context *down;	/* down towards global context */  HASH_TABLE *table;		/* variables at this scope */} VAR_CONTEXT;

VAR_CONTEXT的字符指針name如果為空則表示它存儲(chǔ)的是bash全局上下文，否則表示某一個(gè)函數(shù)的局部上下文，name指向函數(shù)的名稱(chēng)。整型變量scope是本上下文在棧中的層數(shù)，0表示全局上下文，每深入一層函數(shù)調(diào)用scope遞增1，這樣可以體現(xiàn)出該上下文的作用域。標(biāo)志位集合flags記錄該上下文是否為局部的、是否屬于函數(shù)、是否屬于內(nèi)部命令，或者是不是臨時(shí)建立的等信息。up和down指針指向函數(shù)調(diào)用棧中上一個(gè)和下一個(gè)局部上下文。哈希表table的內(nèi)容是該上下文中的變量名值對(duì)。

bash中的變量不強(qiáng)調(diào)類(lèi)型，可以認(rèn)為都是字符串。其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct variable {  char *name;			/* Symbol that the user types. */  char *value;			/* Value that is returned. */  char *exportstr;		/* String for the environment. */  sh_var_value_func_t *dynamic_value;	/* Function called to return a `dynamic'				   value for a variable, like $SECONDS				   or $RANDOM. */  sh_var_assign_func_t *assign_func; /* Function called when this `special				   variable' is assigned a value in				   bind_variable. */  int attributes;		/* export, readonly, array, invisible... */  int context;			/* Which context this variable belongs to. */} SHELL_VAR;

字符指針name和value分別指向上下文變量的名和值字符串。對(duì)于導(dǎo)出（export）環(huán)境變量，exportstr指向一個(gè)形如“名=值”的字符串。對(duì)于返回一個(gè)動(dòng)態(tài)變化值的變量（如RANDOM），函數(shù)指針dynamic_value指向生成該值的函數(shù)。對(duì)于特定的變量，在被賦值的時(shí)候可以設(shè)置一個(gè)回調(diào)函數(shù)，其指針是assign_func。整型變量attributes記錄該上下文變量的可訪問(wèn)性，比如是否為導(dǎo)出的、只讀的或隱藏的等。整型變量context記錄該上下文變量屬于可訪問(wèn)的作用域內(nèi)局部變量棧的哪一層。

3.1. 根目錄

• shell.c/shell.h

  shell.c是main()函數(shù)的所在，它定義了shell啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中的一些狀態(tài)量，依據(jù)不同的啟動(dòng)參數(shù)、環(huán)境變量等來(lái)初始化shell的工作狀態(tài)（包括受限模式等），之后進(jìn)入eval.c中的交互循環(huán)函數(shù)reader_loop()解析命令直到退出。

  初始化函數(shù)shell_initialize()調(diào)用了variables.c中的initialize_shell_variables()、set.c中的initialize_shell_options()等一系列子模塊初始化函數(shù)。如果要新增功能模塊，可以將它們的初始化調(diào)用放在這里。

  run_startup_files()函數(shù)執(zhí)行~/.profile、~/.bash_profile、~/.bash_login等配置文件，同時(shí)判斷了bash是否是由sshd或rshd啟動(dòng)的。對(duì)于login shell，不執(zhí)行~/.bashrc；對(duì)于non-login交互式shell，或通過(guò)sshd、rshd啟動(dòng)的shell，執(zhí)行~/.bashrc。

  run_one_command()函數(shù)處理了-c參數(shù)運(yùn)行一條命令的模式。

  open_shell_script()函數(shù)處理運(yùn)行腳本文件的模式。

  退出函數(shù)exit_shell()處理了掛起作業(yè)、保存歷史等善后工作。

• eval.c

  讀取并解釋執(zhí)行shell命令。主循環(huán)為reader_loop()函數(shù)，它調(diào)用read_command()，read_command()調(diào)用parse_command()，parse_command()調(diào)用語(yǔ)法分析器y.tab.c中的yyparse()。得到命令后，reader_loop()調(diào)用execute_cmd.c中的execute_command()執(zhí)行命令。

  注：token查找優(yōu)先順序：別名>關(guān)鍵字>函數(shù)>內(nèi)部命令>腳本或可執(zhí)行程序。

• execute_cmd.c/execute_cmd.h

  執(zhí)行命令（COMMAND結(jié)構(gòu)）。外部調(diào)用接口是execute_command()，內(nèi)部通過(guò)execute_command_internal()執(zhí)行命令。execute_command_internal()包含可選的管道重定向以及后臺(tái)運(yùn)行的參數(shù)。

  針對(duì)不同類(lèi)型的命令（控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)、算術(shù)等），execute_command_internal()調(diào)用不同的函數(shù)來(lái)完成相應(yīng)功能。其中execute_builtin()執(zhí)行內(nèi)部命令；execute_disk_command()執(zhí)行外部文件。execute_disk_command()通過(guò)調(diào)用jobs.c或nojobs.c中的make_child()來(lái)fork新進(jìn)程執(zhí)行。

  本文件中維護(hù)了一個(gè)文件描述符的位圖。

• make_cmd.c/make_cmd.h

  構(gòu)造各類(lèi)命令、重定向等語(yǔ)法結(jié)構(gòu)實(shí)例所需的函數(shù)。由語(yǔ)法分析器、redir.c等調(diào)用。

  其中make_redirection()填寫(xiě)命令結(jié)構(gòu)的重定向參數(shù)。

• copy_command.c

  用來(lái)遞歸復(fù)制各種COMMAND結(jié)構(gòu)的一系列函數(shù)。

  作者注釋稱(chēng)：This is needed primarily for making function definitions, but I'm not sure that anyone else will need it.

• dispose_command.c/dispose_command.h

  清理COMMAND結(jié)構(gòu)占用的資源，dispose_redirects()清理重定向語(yǔ)句。

• print_cmd.c

  將命令結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可打印的字符串。在execute_cmd.c的execute_command_internal()中有調(diào)用。

• redir.c/redir.h

  實(shí)現(xiàn)輸入輸出重定向。在執(zhí)行之前，命令結(jié)構(gòu)的redirects參數(shù)已由make_cmd.c填好，外部主要由execute_cmd.c調(diào)用以執(zhí)行重定向操作。

  外部調(diào)用接口是do_redirections()，它解析命令結(jié)構(gòu)的重定向參數(shù)，內(nèi)部交由do_redirection_internal()執(zhí)行。接著依據(jù)不同的重定向類(lèi)型，redir_open()分別使用常規(guī)的open()、redir_special_open()、noclobber_open()等函數(shù)打開(kāi)重定向的文件描述符。如果要添加新的重定向方式（如重定向到FTP），可考慮在這里添加代碼。

  重定向原理參見(jiàn)參考文獻(xiàn)《Unix/Linux編程實(shí)踐教程》10.3節(jié)。

• paser.y

  yacc語(yǔ)法定義文件。

• y.tab.c/y.tab.h

  yacc生成的語(yǔ)法分析器。

  解析token，調(diào)用make_cmd.c中的函數(shù)，生成命令結(jié)構(gòu)，便于execute_cmd.c中的函數(shù)執(zhí)行。

  其中包括調(diào)用make_redirection()填寫(xiě)命令結(jié)構(gòu)的重定向參數(shù)。

• alias.c/alias.h

  別名操作相關(guān)函數(shù)，包括增、刪、查、改等。內(nèi)部命令alias的實(shí)現(xiàn)是調(diào)用本文件中的函數(shù)。

• array.c/array.h/arrayfunc.c/arrayfunc.c

  字符串?dāng)?shù)組定義及相關(guān)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)組的一些高級(jí)操作。bash程序中一些字符串?dāng)?shù)組使用了這里定義的ARRAY結(jié)構(gòu)。

• bashansi.h

  針對(duì)不同的編譯器處理一些系統(tǒng)頭文件的包含關(guān)系。

• bashhist.c/bashhist.h

  命令歷史記錄功能相關(guān)的函數(shù)，包括歷史記錄的啟、停、增、查等。

• bashintl.h

  引入locate.h、gettext.h等國(guó)際化支持。

• bashjmp.h

  對(duì)setjmp.h的一層封裝，定義了longjmp()的幾種狀態(tài)參數(shù)。

• bashline.c/bashline.h

  與readline庫(kù)的接口，解決命令自動(dòng)補(bǔ)全、類(lèi)emacs與vi行編輯功能等。

• bashtypes.h

  定義了word類(lèi)型。

• bracecomp.c/braces.c

  使用大括號(hào)通配文件名功能的函數(shù)。

• builtins.h

  定義內(nèi)部命令的基本結(jié)構(gòu)struct builtin。

• command.h

  各類(lèi)命令（控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)、算術(shù)、重定向等）的結(jié)構(gòu)定義。

• config.h/config-top.h/config-bot.h

  config.h由configure生成，決定有哪些特性要被編譯進(jìn)bash。如果要新增功能，可以加一個(gè)“開(kāi)關(guān)”宏定義。

• conftypes.h

  定義主機(jī)體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)類(lèi)型的名稱(chēng)。

• error.c/error.h

  錯(cuò)誤處理與報(bào)告函數(shù)。

• expr.c

  處理算術(shù)表達(dá)式。外部調(diào)用接口是evalexp()。

• externs.h

  聲明一些源文件中的函數(shù)，它們?cè)谧约旱念^文件中沒(méi)有聲明。

• findcmd.c/findcmd.h

  通過(guò)名字查找命令。主要是從PATH變量位置查找外部可執(zhí)行程序。

• flags.c/flags.h

  存儲(chǔ)和處理各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志，如Standard Sh Flags與Non-Standard Flags。

• general.c/general.h

  很多文件可能公用的一些基礎(chǔ)的、不便分類(lèi)的函數(shù)。

• hashcmd.c/hashcmd.h

  管理哈希表，主要用于將命令名字映射到完整路徑。

• hashlib.c/hashlib.h

  哈希表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• input.c/input.h

  處理輸入流緩沖。

• jobs.c/jobs.h

  作業(yè)控制。主要入口是make_child()，用來(lái)創(chuàng)建進(jìn)程并執(zhí)行。

  jobs、fg、bg、kill等命令的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)都在這里。

  作業(yè)管理詳細(xì)流程暫未分析。

• nojobs.c

  在未實(shí)現(xiàn)作業(yè)控制的操作系統(tǒng)中代替jobs.c編譯。

• list.c

  鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

• locale.c

  與國(guó)際化相關(guān)的函數(shù)，包括對(duì)“LC_”系列環(huán)境變量的操作。

• lsignames.h/signames.h

  定義了各種信號(hào)的名稱(chēng)字符串。signames.h是由編譯時(shí)輔助工具mksignames生成的，mksignames的源代碼在support子目錄。

• mailcheck.c/mailcheck.h

  檢查賬戶(hù)郵箱的函數(shù)。

• mksyntax.c

  用來(lái)生成編譯時(shí)輔助工具mksyntax。mksyntax與用來(lái)構(gòu)建詞法分析文件syntax.c。

• syntax.c/syntax.h

  syntax.c是由mksyntax生成的詞法分析文件，syntax.h定義了詞法分析工作中需要的宏和標(biāo)志位等。

• parser.h

  parse.y和bashhist.c所需的定界符棧結(jié)構(gòu)（struct dstack）的定義。

• patchlevel.h

  記錄bash的修正版本號(hào)。

• pathexp.c/pathexp.h

  與通配（globbing）庫(kù)的接口。

• pathnames.h

  記錄一些操作系統(tǒng)配置文件的路徑。

• pcomplete.c/pcomplete.h/pcomplib.c

  可編程的命令補(bǔ)全功能。

• quit.h

  定義通用的異常退出宏，是對(duì)SIGINT信號(hào)的響應(yīng)。

• sig.c/sig.h/siglist.c/siglist.h

  信號(hào)處理相關(guān)函數(shù)。

• stringlib.c

  字符串處理相關(guān)函數(shù)。包括從字符串-整數(shù)鍵值對(duì)結(jié)構(gòu)（ALIST）中查找數(shù)據(jù)項(xiàng)等函數(shù)。

• subst.c/subst.h

  負(fù)責(zé)參數(shù)、命令、算術(shù)、路徑擴(kuò)展、引號(hào)等的代入、展開(kāi)工作。

• test.c/test.h

  GNU test program，各類(lèi)條件比較條令，在shell腳本中常用。

• trap.c

  操作trap命令所需的一些對(duì)象的函數(shù)。

• unwind_prot.c/unwind_prot.h

  通用的函數(shù)執(zhí)行保護(hù)和退出處理機(jī)制。

• variables.c/variables.h

  處理shell變量。用不同的哈希表分別存儲(chǔ)不同生命周期的shell變量與函數(shù)。

  變量列表是由當(dāng)前環(huán)境來(lái)初始化的。bash啟動(dòng)時(shí)環(huán)境由main()的char **env參數(shù)傳入。

  對(duì)于函數(shù)，使用棧來(lái)保存和切換局部變量的上下文。

• version.c/version.h

  顯示bash版本號(hào)。

• xmalloc.c/xmalloc.h

  安全版本的malloc封裝。

3.2. 其它目錄

• builtins

  該目錄下是內(nèi)部命令的源代碼。

  每個(gè)內(nèi)部命令是一個(gè)def文件，Makefile中DEFSRC聲明了所有內(nèi)部命令的def文件。

  由mkbuiltins.c生成編譯時(shí)輔助工具mkbuiltins，mkbuiltins處理*.def文件，生成命令的*.c源程序以及builtins.c、builtext.h。builtins.c和builtext.h相當(dāng)于各個(gè)內(nèi)部命令的索引。

  所有文件最后編譯得到libbuiltins.a。

  此例試驗(yàn)加入一個(gè)了內(nèi)部命令。

• cross-build

  此目錄下的文件是用于為其它系統(tǒng)交叉編譯而緩存的configure結(jié)果。

• CWRU

  雜項(xiàng)文件，可能是來(lái)自CWRU，暫未分析。

• doc

  Te文檔。

• examples

  腳本編程示例（可用于對(duì)擴(kuò)展后的bash的驗(yàn)證）。

• include/lib

  bash所需頭文件、庫(kù)文件（源代碼）。

• po

  用于國(guó)際化的語(yǔ)言定義文件。

• support

  編譯過(guò)程所需的支持工具及其源代碼。

• tests

  make tests所用測(cè)試腳本，可用于對(duì)擴(kuò)展后的bash的驗(yàn)證。

4.1. 命令解析與執(zhí)行

4.2. 重定向的實(shí)現(xiàn)

4.3. 內(nèi)部命令（built-in）的構(gòu)建

例 4.1. 新建一條“l(fā)injian”命令

int linjian_builtin (list)     WORD_LIST *list;{  printf ("This is a built-in for test by Lin Jian.\n");  if (list)    printf("Parameter: %s\n", list->word->word);  return (EXECUTION_SUCCESS);}

#在原版bash下工作：lj@lj-laptop:~/bash-3.2$ ps  PID TTY          TIME CMD 6212 pts/2    00:00:00 bash 9893 pts/2    00:00:00 pslj@lj-laptop:~/bash-3.2$ linjian-bash: linjian: command not found #進(jìn)入修改后的bash：lj@lj-laptop:~/bash-3.2$ ./bashlj@lj-laptop:~/bash-3.2$ ps  PID TTY          TIME CMD 6212 pts/2    00:00:00 bash 9904 pts/2    00:00:00 bash 9922 pts/2    00:00:00 pslj@lj-laptop:~/bash-3.2$ linjian hello!This is a built-in for test by Lin Jian.Parameter: hello!lj@lj-laptop:~/bash-3.2$ type linjianlinjian is a shell builtin

4.4. 環(huán)境變量與上下文

4.5. 由sshd啟動(dòng)bash的過(guò)程

4.6. 子shell

5.1. bash編程風(fēng)格