Ubuntu 20.04自制shell批量执行脚本出现文件不存在报错问题

问题场景 #

在Linux Ubuntu 20.04.4系统中，实现了一个简易shell命令解释器（核心代码见下文）。交互式执行以下命令完全正常：

ls > y
cat < y | sort | uniq | wc > y1
cat y1
rm y1
ls | sort | uniq | wc
rm y

但将这些命令保存到t.sh文件后，通过./a.out < t.sh批量执行时，出现错误提示：

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5 5 29
cat: y1: No such file or directory
rm: Cannot erase 'y1': no such file or directory
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rm: Cannot clear 'y': no such file or directory

实际检查发现cat和rm命令已经正常执行，但仍弹出文件不存在的错误，且相同代码在他人环境中运行正常。

核心实现代码 #

void runcmd(struct cmd *cmd)
{
  int p[2], r;
  int fd;
  int pid;
  char str[30] ="/bin/";
  FILE * stream;
  struct execcmd *ecmd;
  struct pipecmd *pcmd;
  struct redircmd *rcmd;

  if(cmd == 0)
    _exit(0);

  switch(cmd->type){
  default:
    fprintf(stderr, "unknown runcmd\n");
    _exit(-1);

  case ' ':
    ecmd = (struct execcmd*)cmd;
    if(ecmd->argv[0] == 0){
      _exit(0);
    fprintf(stderr, "exec not implemented\n");
    }
    // Your code here ...
    else if(execvp(ecmd->argv[0],ecmd->argv)==-1){
        ecmd->argv[0] = strcat(str,ecmd->argv[0]);
    
        if(execvp(ecmd->argv[0],ecmd->argv)==-1){
            fprintf(stderr,"file not found\n");
            exit(1);
        }
        
    }
    break;

  case '>':
    rcmd = (struct redircmd*)cmd;
    ecmd = (struct execcmd*)(rcmd->cmd);
    if(0 <(fd = open(rcmd->file,O_CREAT|O_WRONLY,0644))){

        stream = freopen(rcmd->file,"w",stdout);
        runcmd(rcmd->cmd);
        fclose(stream);
        }
    else {
            fprintf(stderr,"file open error\n");
        }
    close(fd);
    stream = NULL;
    break;
  case '<':
    rcmd = (struct redircmd*)cmd;
    // Your code here ...
    if( 0 < (fd = open(rcmd->file,rcmd->flags)))
        stream = freopen(rcmd->file,"r",stdin);
        runcmd(rcmd->cmd);
        fclose(stream);
        close(fd);
    }
    else fprintf(stderr,"file open error\n");
    break;

  case '|':

    pcmd = (struct pipecmd*)cmd;
     // Your code here ...
    struct cmd * lcmd =(pcmd->left);
    struct cmd * rcmd =(pcmd->right);
    int fd[2];

    if(pipe(fd)==-1){
        fprintf(stderr,"pipe error");
        exit(1);
    }
    pid = fork1();

    if(pid == 0){
        dup2(fd[1],1);
        close(fd[0]);
        runcmd(lcmd);
    }

    else{
        dup2(fd[0],0);
        close(fd[1]);
        runcmd(rcmd);
     }
    
    break;
  }
   _exit(0);
}

问题原因分析 #

1. 重定向处理未恢复父进程标准流 #

在case '>'和case '<'的重定向逻辑中，调用freopen修改了父进程的stdout/stdin，但执行完命令后没有恢复原始流。批量执行时，父进程的标准输入被重定向到t.sh，当处理cat < y时，父进程的stdin被改成了y文件，后续命令会读取y的内容而非t.sh剩余的命令，导致命令执行顺序混乱，出现文件未创建完成就被访问的情况。

2. 管道处理未等待子进程完成 #

在case '|'的管道逻辑中，父进程执行右侧命令后直接继续，没有调用waitpid等待子进程结束。批量执行时，父进程会提前触发后续命令（比如cat y1），而此时管道左侧的命令还在创建y1文件，导致文件尚未就绪，触发"文件不存在"的错误。交互式执行时，用户输入间隔给了子进程足够的执行时间，所以不会暴露问题。

3. case '<'存在语法错误 #

case '<'中的if语句未加花括号，导致runcmd(rcmd->cmd); fclose(stream); close(fd);无论open是否成功都会执行。当open失败时，stream为NULL，调用fclose(stream)会触发未定义行为，进一步加剧错误输出。

4. 文件描述符泄漏 #

在重定向处理中，open得到的文件描述符fd没有在freopen后及时关闭，子进程会继承这些未关闭的fd，可能导致文件状态同步异常，影响后续命令对文件的判断。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者krprogrammer33