课后实践之mybash20155314

课后实践之mybash

实践要求

加分题-mybash的实现

• 使用fork,exec,wait实现mybash
• 写出伪代码，产品代码和测试代码
• 发表知识理解，实现过程和问题解决的博客（包含代码托管链接）

预备知识

1. 关于bash

   • Bash (GNU Bourne-Again Shell) 是大多数Linux系统以及Mac OS X默认的shell，它能运行于大多数类Unix风格的操作系统之上，甚至被移植到了Microsoft Windows上的Cygwin系统中，以实现Windows的POSIX虚拟接口。此外，它也被DJGPP项目移植到了MS-DOS上。
   • bash的命令语法是Bourne shell命令语法的超集。数量庞大的Bourne shell脚本大多不经修改即可以在bash中执行，只有使用了Bourne的特殊变量或内置命令的脚本才需要修改。 bash的命令语法很多来自Korn shell (ksh) 和 C shell (csh)， 例如命令行编辑，命令历史，目录栈，$RANDOM 和 $PPID 变量，以及POSIX的命令置换语法： $(...)。作为一个交互式的shell，按下TAB键即可自动补全已部分输入的程序名、文件名、变量名等等。

2. 操作系统的核心

   • 文件：字节序列
   • 虚拟内存：字节数组，抽象出外设和主存
   • 进程：操作系统对一个正在运行的程序的一种抽象

3. 操作系统的功能

   • “管家婆”：管理各种硬件资源

   • “服务生” ：提供接口

     -->为用户提供shell（写代码）

     -->为程序猿提供系统调用

4. 关于进程

   

   • 进程的状态：
     • 创建(created)
     • 执行(running)
     • 就绪(ready)
     • 阻塞(blocked)
     • 终止(terminated)

实践过程

准备工作

1. 查询相关命令

   • 用man -k process命令查看与进程(process)相关的命令，发现有很多很多：
     

   • 再用man -k process | grep 2命令进一步查看与系统调用相关的命令（参数2表示与系统调用有关），找到fork和wait命令：
     
     其描述为：

     fork(2) - create a child process

     即fork命令用来创建一个子进程。

     wait(2),wait3(2),wait4(2),waitpid(2) - wait for process termination

     即wait命令用来等待进程结束。

     （后来发现只需查找与创建(create)进程相关的命令man -k process | grep 2 | grep create就可一步到位，快速找到fork命令：
     ）

   • 用man -k execute | grep 2命令找到execve命令：
     
     其描述为：

     execve(2) - execute a file

     即execve命令用来执行文件。

2. 模块分析：

   • exec1.c:

       #include <stdio.h>
       #include <unistd.h>
       
       int main() {
           char *arglist[3];
       
           arglist[0] = "ls";
           arglist[1] = "-l";
           arglist[2] = 0;//NULL
           printf("* * * About to exec ls -l\n");
           execvp("ls", arglist);
           printf("* * * ls is done. bye");
       
           return 0;
       }
     

     • 功能：
       调用execvp()函数，用man命令查看该函数的用法为：exec函数会将当前的进程替换为一个新的进程，这个新的进程可以由路径或者文件参数指定。
     • 运行结果：
       

   • psh1.c:

       #include <stdio.h>
       #include <stdlib.h>
       #include <string.h>
       #include <unistd.h>
       
       #define MAXARGS 20
       #define ARGLEN 100
       
       int execute(char *arglist[]) {
           execvp(arglist[0], arglist);
           perror("execvp failed");
           exit(1);
       }
       
       char *makestring(char *buf) {
           char *cp;
       
           buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
           cp = malloc(strlen(buf) + 1);
           if (cp == NULL) {
               fprintf(stderr, "no memory\n");
               exit(1);
           }
           strcpy(cp, buf);
           return cp;
       }
       
       int main() {
           char *arglist[MAXARGS + 1];
           int numargs;
           char argbuf[ARGLEN];
       
           numargs = 0;
           while (numargs < MAXARGS) {
               printf("Arg[%d]? ", numargs);
               if (fgets(argbuf, ARGLEN, stdin) && *argbuf != '\n')
                   arglist[numargs++] = makestring(argbuf);
               else {
                   if (numargs > 0) {
                       arglist[numargs] = NULL;
                       execute(arglist);
                       numargs = 0;
                   }
               }
           }
           return 0;
       }
     

     • 功能：一次性bash。
     • 运行结果：
       

   • forkdemo1.c:

       #include <stdio.h>
       #include <sys/types.h>
       #include <unistd.h>
       
       int main() {
           int ret_from_fork, mypid;
           mypid = getpid();
           printf("Before: my pid is %d\n", mypid);
           ret_from_fork = fork();
           sleep(1);
           printf("After: my pid is %d, fork() said %d\n", getpid(), ret_from_fork);
       
           return 0;
       }
     

     • 功能：即fork的功能，除pid之外复制(duplicate)出一个一模一样的子进程，如同克隆。
     • 运行结果：

   • forkdemo2.c:

       #include <stdio.h>
       #include <unistd.h>
       
       int main() {
           printf("before:my pid is %d\n", getpid());
           fork();
           fork();
           printf("after:my pid is %d\n", getpid());
       
           return 0;
       }
     

     • 功能：调用2次fork会出现4个after，调用n次fork会出现2^n个after。
     • 运行结果：

   • forkdemo3.c:

       #include <stdio.h>
       #include <stdlib.h>
       #include <unistd.h>
       
       int main() {
           int fork_rv;
       
           printf("Before: my pid is %d\n", getpid());
       
           fork_rv = fork();        /* create new process	*/
       
           if (fork_rv == -1)        /* check for error	*/
               perror("fork");
           else if (fork_rv == 0) {
               printf("I am the child.  my pid=%d\n", getpid());
       
               exit(0);
           } else {
               printf("I am the parent. my child is %d\n", fork_rv);
               exit(0);
           }
       
           return 0;
       }
     

     • 功能：通过fork()的返回值来区分是父进程还是子进程：如果返回一个大于0的数（子进程的Pid）则为父进程；如果返回值为0则为子进程；如果返回值为负值则出错。
     • 运行结果：

   • forkgdb.c:

       #include <stdio.h>
       #include <stdlib.h>
       #include <unistd.h>
       
       int gi = 0;
       
       int main() {
           int li = 0;
           static int si = 0;
           int i = 0;
       
           pid_t pid = fork();
           if (pid == -1) {
               exit(-1);
           } else if (pid == 0) {
               for (i = 0; i < 5; i++) {
                   printf("child li:%d\n", li++);
                   sleep(1);
                   printf("child gi:%d\n", gi++);
                   printf("child si:%d\n", si++);
               }
               exit(0);
       
           } else {
               for (i = 0; i < 5; i++) {
                   printf("parent li:%d\n", li++);
                   printf("parent gi:%d\n", gi++);
                   sleep(1);
                   printf("parent si:%d\n", si++);
               }
               exit(0);
       
           }
           return 0;
       }
     

     • 相关函数：

       • getpid()：获得自己的pid
       • getppid()：获得父进程的pid
       • sleep()：延迟指定数量的时间（作为函数参数，单位为s）

     • 运行结果：

   • waitdemo1.c:

       #include <stdio.h>
       #include <stdlib.h>
       #include <sys/types.h>
       #include <sys/wait.h>
       #include <unistd.h>
       
       #define DELAY 4
       
       void child_code(int delay) {
           printf("child %d here. will sleep for %d seconds\n", getpid(), delay);
           sleep(delay);
           printf("child done. about to exit\n");
           exit(17);
       }
       
       void parent_code(int childpid) {
           int wait_rv = 0;        /* return value from wait() */
           wait_rv = wait(NULL);
           printf("done waiting for %d. Wait returned: %d\n",
                  childpid, wait_rv);
       }
       
       int main() {
           int newpid;
           printf("before: mypid is %d\n", getpid());
           if ((newpid = fork()) == -1)
               perror("fork");
           else if (newpid == 0)
               child_code(DELAY);
           else
               parent_code(newpid);
       
           return 0;
       }
     

     • 运行结果：

     • waitdemo2.c:

         #include <stdio.h>
         #include <stdlib.h>
         #include <sys/types.h>
         #include <sys/wait.h>
         #include <unistd.h>
         
         #define DELAY 10
         
         void child_code(int delay) {
             printf("child %d here. will sleep for %d seconds\n", getpid(), delay);
             sleep(delay);
             printf("child done. about to exit\n");
             exit(27);
         }
         
         void parent_code(int childpid) {
             int wait_rv;
             int child_status;
             int high_8, low_7, bit_7;
         
             wait_rv = wait(&child_status);
             printf("done waiting for %d. Wait returned: %d\n", childpid, wait_rv);
         
             high_8 = child_status >> 8;     /* 1111 1111 0000 0000 */
             low_7 = child_status & 0x7F;   /* 0000 0000 0111 1111 */
             bit_7 = child_status & 0x80;   /* 0000 0000 1000 0000 */
             printf("status: exit=%d, sig=%d, core=%d\n", high_8, low_7, bit_7);
         }
         
         int main() {
             int newpid;
         
             printf("before: mypid is %d\n", getpid());
         
             if ((newpid = fork()) == -1)
                 perror("fork");
             else if (newpid == 0)
                 child_code(DELAY);
             else
                 parent_code(newpid);
         }
       

       • 运行结果：

3. 伪代码
   mybash:

    for
    {
    	用户输入命令；
    	fork;
    	spid:父进程
    		 子进程:exec
    }
   

我的代码

mybash20155314.c:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

#define MAXARGS 20              
#define ARGLEN 100             

int mybash20155314(char *arglist[])
{ 
    int pc,pr;
    pc=fork();
    pr=wait(NULL);
    if(pc==0) execute(arglist);
    else return 0;
}

int execute(char *arglist[])
{
    execvp(arglist[0],arglist);        
    perror("execvp failed");
    exit(1);
}

char *makestring(char *buf)
{
    char  *cp;
    buf[strlen(buf)-1] = '\0';      
    cp = malloc( strlen(buf)+1 );       
    if ( cp == NULL ){          
        fprintf(stderr,"no memory\n");
        exit(1);
    }
    strcpy(cp, buf);        
    return cp;          
}

int main() {
    char *arglist[MAXARGS + 1];
    int numargs;
    char argbuf[ARGLEN];

    numargs = 0;
    while (numargs < MAXARGS) {
        printf("Arg[%d]? ", numargs);
        if (fgets(argbuf, ARGLEN, stdin) && *argbuf != '\n')
            arglist[numargs++] = makestring(argbuf);
        else {
            if (numargs > 0) {
                arglist[numargs] = NULL;
                mybash20155314(arglist);
                numargs = 0;
            }
        }
    }
    return 0;
}

运行结果

代码调试过程中遇到的问题

macOS High Sierra下终端man命令中文显示问题

解决方法

参考资料

• MAC下常用命令的中文帮助文档(man)
• MAC下常用命令的中文帮助文档(man) 出现错误
• 用vi修改文件，保存文件时，提示“readonly option is set”的解决方法
• linux 打造man中文帮助手册图解(man-pages-zh帮助页)
• [Mac入门]如何在Mac下显示Finder中的所有文件
• Linux 进程与信号的概念和操作 linux process and signals