[譯] 使用 Go 語言編寫一個簡單的 SHELL

翻譯自：https://sj14.gitlab.io/post/2...

介紹

在本文中，咱們將使用 Go 語言，編寫一個最小的 UNIX（-like）操做系統 SHELL，它只須要大概 60 行代碼。你須要稍微瞭解一些 Go 語言（知道如何編譯簡單的項目），以及簡單使用 UNIX Shell。

UNIX 很是簡單，簡單到一個天才都能理解它的簡單性 - Dennis Ritchie

固然，我並不是天才，我也不太肯定 Dennis Ritchie 所說的，是否也包括運行於用戶空間的工具。Shell 只是完整操做系統的一小部分（相較於內核，它真的是一個簡單的部分），但我但願在本文的結尾，你能夠感到吃驚，吃驚於編寫一個 SHELL，所用到的知識如此少。

什麼是SHELL

給 SHELL 下定義有點困難。我認爲 SHELL 能夠理解爲你所使用的操做系統，基本的用戶界面。你能夠在 SHELL 中輸入命令，而後接收一些反饋輸出。若是想了解更多信息，或者更明確的定義，請查閱 維基百科)。

一些 SHELL 的例子：

• Bash)
• Zsh
• Gnome Shell
• Windows Shell

有像 Windows 和 GNOME 這種圖形界面 SHELL，但大多數 IT 相關人員（至少我是），當談論起 SHELL，指的是基於文本的 SHELL（上面列表的頭兩項）。固然，也能夠簡化的定義爲非圖形界面 SHELL。

事實上，SHELL 的功能能夠定義爲輸入命令，而後接收該命令的輸出。想看個例子？運行 ls 命令，輸出目錄的內容。

Input:

ls
Output:

Applications            etc
Library                home
...

就是這樣，十分簡單。讓咱們開始吧！

輸入循環

要執行一個命令，咱們必須接收輸入。而輸入來自咱們人類，使用鍵盤進行的。

鍵盤是咱們的標準輸入設備（os.Stdin），咱們能夠訪問並讀取它。當咱們按下回車鍵的時候，會建立新的一行。這行新的文本以 \n 結尾。當敲擊回車鍵的時候，全部存儲在輸入區的內容將被輸入。

reader := bufio.NewReader(os.Stdin)
input, err := reader.ReadString('\n')

讓咱們將這些代碼輸入進咱們的 main.go 文件，ReadingString 方法被嵌套在 for 循環中，因此咱們能夠反覆輸入命令。當讀取輸入，發生錯誤時，咱們能夠將錯誤信息輸出到標準錯誤處理設備（os.Stderr）。若是咱們使用 fmt.Println，但並無指定輸出設備，這個錯誤信息仍是會輸出到標準輸出設備中（os.Stdout）。這並不會改變 SHELL 的功能，可是輸出到單獨的設備，能夠方便過濾輸出，以進行下一步處理。

func main() {
    reader := bufio.NewReader(os.Stdin)
    for {
        // Read the keyboad input.
        input, err := reader.ReadString('\n')
        if err != nil {
            fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
        }
    }
}

執行命令

如今，咱們打算執行輸入的命令。增長一個名爲 execInput 的新的函數，他接收輸入的字符串做爲參數。首先，咱們移除輸入結尾的換行符。接下來，經過 exec.Command(input) 來準備執行命令，設置參數，以及捕獲輸出的結果和錯誤。最後，經過 cmd.Run() 來執行。

func execInput(input string) error {
    // Remove the newline character.
    input = strings.TrimSuffix(input, "\n")

    // Prepare the command to execute.
    cmd := exec.Command(input)

    // Set the correct output device.
    cmd.Stderr = os.Stderr
    cmd.Stdout = os.Stdout

    // Execute the command and return the error.
    return cmd.Run()
}

原型

接着，在循環語句上面，添加一個美化做用的指示器（>），在循環語句下面，添加新的 execInput 函數，此時，主要功能就完成了。

func main() {
    reader := bufio.NewReader(os.Stdin)
    for {
        fmt.Print("> ")
        // Read the keyboad input.
        input, err := reader.ReadString('\n')
        if err != nil {
            fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
        }

        // Handle the execution of the input.
        if err = execInput(input); err != nil {
            fmt.Fprintln(os.Stderr, err)
        }
    }
}

是時候執行一次測試了。使用 go run main.go 構建並運行我們的 SHELL。你將看到輸入標識符 >，此時能夠接受輸入。舉個例子，咱們能夠執行 ls 命令。

> ls
LICENSE
main.go
main_test.go

不錯，能夠運行！我們的程序此時能夠執行 ls 命令，並輸出當前目錄的內容。你能夠像退出其餘程序同樣，使用 ctrl+c，退出它。

參數

讓咱們命令後面加個參數，如 ls -l。

> ls -l

執此時執行會報錯：exec: "ls -l": executable file not found in $PATH。

這是由於咱們的 SHELL 嘗試執行 ls -l，可是並無找到叫這個名字的程序。咱們的意思是執行 ls，帶上 -l 的參數。當前，咱們的程序還不支持接受命令參數。要修復這個問題，須要修改 execLine 函數，將要執行的命令以空格拆分。

func execInput(input string) error {
    // Remove the newline character.
    input = strings.TrimSuffix(input, "\n")

    // Split the input to separate the command and the arguments.
    args := strings.Split(input, " ")

    // Pass the program and the arguments separately.
    cmd := exec.Command(args[0], args[1:]...)
    ...
}

程序的名字如今存儲在 args[0] 中，程序執行的參數存儲在數組其餘索引中。執行 ls -l 如今能夠獲得預期的結果。

> ls -l
total 24
-rw-r--r--  1 simon  staff  1076 30 Jun 09:49 LICENSE
-rw-r--r--  1 simon  staff  1058 30 Jun 10:10 main.go
-rw-r--r--  1 simon  staff   897 30 Jun 09:49 main_test.go

更改目錄（cd）

如今，咱們已經能夠帶着參數執行命令了。現有的這些功能，距離達到一個最小的可用性，只差了一點點。你也許在使用咱們的 Shell 時候，已經注意到了：你沒法經過 cd 改變當前命令執行的目錄。

> cd /
> ls
LICENSE
main.go
main_test.go

不，這不是咱們根目錄的內容。那爲何 cd 命令不起做用呢？要理解這點很容易：沒有真正的 cd 程序，該功能是 SHELL 的內置命令。

咱們必須對 execInput 函數再次進行修改。在 Split 方法後面，咱們添加 switch 結構語句，並將 args[0] 做爲它的參數。當這個命令是 cd，咱們檢查它後面是否還有參數，若是沒有指定參數，咱們沒法改變當前目錄（在大多數 SHELL 中，不指定參數，將跳轉到主目錄）。當 args[1] 中有一個後續參數時（存儲路徑的參數），咱們使用 os.Chdir(args[1]) 更改目錄。在 case 塊的末尾，咱們返回 execInput 函數以中止其餘處理。

由於如此簡單，咱們在 cd 塊後面，再添加一個 exit 命令，exit 能夠用來退出當前SHELL（另外一個退出方法是 CTRL+C）。

// Split the input to separate the command and the arguments.
args := strings.Split(input, " ")

// Check for built-in commands.
switch args[0] {
case "cd":
    // 'cd' to home dir with empty path not yet supported.
    if len(args) < 2 {
        return  errors.New("path required")
    }
    // Change the directory and return the error.
    return os.Chdir(args[1])
case "exit":
    os.Exit(0)
}
...

能夠看到，此時輸出的內容，相較於以前的輸出結果，更像是咱們的根目錄。

> cd /
> ls
Applications
Library
Network
System
...

至此，咱們已經完成了這個簡單的 SHEEL 的編寫。

考慮改善的地方

此時，若是你以爲有些無聊，你能夠嘗試改進這個 SHELL。下面是一些能夠改善的點：

• 修改光標所在行的顯示：

  • 增長當前目錄
  • 增長機器名稱
  • 增長當前用戶
• 經過輸入 up/down 鍵，來翻閱輸入的歷史

結尾

至此，本文已接近尾聲，我但願你讀的愉快。如你所見，SHELL 背後的概念十分簡單。

Go 一樣是一門十分簡單的編程語言，它幫助咱們更快的獲得想要的結果。咱們無需關心內存管理。Rob Pike 和 Ken Thompson，以及 Robert Griesemer 共同創造了 Go，他們也創造了 Unix，因此，使用 Go 編寫 SHELL 是個很好的選擇。

我也一直在學習，若是你發現本文有哪些可改進的地方，請聯繫我。