CSAPP Shell Lab

sakura🌸

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框架

实验框架

本实验目的是通过Linux信号函数实现简单的Shell

main:

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在main程序中，主要是使用`signal`注册当内核向Shell程序发送信号时，应该调用的处理函数

然后使用while循环，每一次循环打印shell提示符tsh>,以及等待用户输入，用户输入完成后调用eval进行解析用户命令

while循环在执行quit内置命令时，直接执行exit(0)，停止Shell程序。

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eval:

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eval函数中解析命令并调用函数执行命令，调用`parseline`函数解析命令，并返回执行是在bg还是在fg

调用命令builtin_cmd判断是否内置命令，如quit,bg,fg,jobs.如果是则在builtin_cmd函数中调用相应实现函数直接在Shell程序执行，不用用fork，execve等。执行完后直接下一轮main中的while

然后builtin_cmd会返回是否是内置命令,不是内置命令然后就要fork并execve。

如果是fg则调用waitfg函数，等到前台命令执行完成

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ctrl+c ctrl+z

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这个操作是让前台的进程停下

当我们按下ctrl+c ctrl+z，是Shell程序注册的signal捕捉到了，然后执行相应操作

sigint_handler和 sigtstp_handler都使用kill向前台进程发送信息。

前台进程因为是Shell程序的子进程，所以当其停止或终止时都会向Shell程序发送SIGCHLD信号，这个信号会被Shell程序中通过signal注册的sigchld_handler处理函数捕获

在sigchld_handler处理函数中，我会根据导致子进程发送SIGCHLD信号的原因而进行相应处理

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知识框架

异常是控制流的突变(如执行完第Ii条指令后，本应该执行第Ii+1条，然而突然跳到执行第Ij条指令)

事件是状态变化

系统为了能够使对系统状态的变化做出反应，则使控制流发生突变来应对这些情况

这些突变，我们称为异常控制流

异常可以归类为4种

• 中断
  受到外部设备的影响，而导致的状态改变，如I/O设备的信号
• 陷阱
  程序发生要执行系统调用的请求
• 故障
  潜在可恢复的错误
• 终止
  不可恢复的错误

每一种异常都有对应的异常处理程序，当异常发生时，通过异常号+异常表（地址在CPU的异常表基址寄存器中）可以得到异常处理程序的代码 P503

异常处理程序运行在内核中

以上是硬件层与操作系统层之间协作对异常的处理

在操作系统层和应用层之间也有对异常的处理

这里的异常主要是进程接受到了来自内核的信号，并对此进行处理

C语言知识点

strcmp

strcmp 是 C 语言标准库中的一个函数，用于比较两个字符串。它通常在 <string.h> 头文件中声明。strcmp 函数的原型如下：

int strcmp(const char *str1, const char *str2);

其中 str1 和 str2 是要比较的两个 C 字符串。

strcmp 函数会按照字典顺序逐个比较两个字符串中对应位置的字符，直到找到不同的字符或者遇到字符串结束符（\0'）。它会返回一个整数值来表示比较结果：

• 如果 str1 小于 str2，则返回一个负整数（通常是 -1）。
• 如果 str1 等于 str2，则返回0。
• 如果 str1 大于 str2，则返回一个正整数（通常是 1）。

不过要注意的是在C语言中，字符串只能够通过双引号包裹，否则会报错，如strcmp(argv[0], 'bg') 是错误的

sprintf

sprintf 函数用于将格式化的数据写入字符串缓冲区中，其用法与 printf 类似，不同之处在于 printf 将格式化的结果输出到标准输出流（通常是屏幕），而 sprintf 则将结果写入指定的字符串缓冲区中。

下面是 sprintf 函数的基本用法：

#include <stdio.h>
 
int sprintf(char *str, const char *format, ...);

• str：指向用于存储结果的字符串缓冲区的指针。
• format：格式化字符串，包含了要写入到 str 中的文本以及可选的格式化说明符。
• ...：可变参数，根据 format 字符串中的说明符来提供要格式化的值。

需要注意的是，在sprintf中如果想要转义%符号，需要用%%,如sprintf(str,"%s command requires PID or %%jobid argument", argv[0]); 那么就会输出%jobid这个字符串了

sscanf

在 C 语言中，sscanf() 函数是用于从字符串中读取格式化输入的函数，它的工作方式类似于 scanf()，但是从字符串而不是标准输入中读取数据。

对于 sscanf(argv[1], "%d", &jid); 这行代码，它会尝试从字符串 argv[1] 中按照 %d 的格式读取整数，并将读取到的整数赋值给变量 jid。

如果 argv[1] 的值是 "abc"，则 sscanf() 函数会失败，因为 "abc" 无法被解释为一个整数。在这种情况下，sscanf() 函数会返回 0，表示没有成功匹配到任何项目，并且变量 jid 的值将保持不变，即不会被赋予任何有效的整数值。

致命错误点

没有看清楚并用上框架已经实现的代码，导致代码臃肿

比如官方明明已经实现了，获取当前状态是FG的pid

然而我却一遍又一遍地写着如下代码

检查已回收子进程的退出状态

如果说上面的错误只是使代码重复，臃肿那么我这条信息的错误导致了我的ctrl+z完全不能使用了。

首先要知道，当父进程向子进程发送信号SIGINT（ctrl+c）或SIGSTP(ctrl+z)时,子进程会停止或终止，这个时候子进程都会向父进程发送信号SIGCHLD

那么问题来了，父进程在sigchld_handler函数中应该如何去辨别子进程是因为SIGINT而发来信号，还是SIGSTP。毕竟这关乎到是要把子进程移除job列表还是简单地改变下状态

同时还要判断下这个子进程是否是正常终止的

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好吧，当时我完全忘记了这点，只是将代码简单地写成了如下，造成的其他地方代码的影响也就不多说了

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在书本上P517

pid_t waitpid(pid_t pid, int *statusp, int options);
 
如果statusp非空，那么waitup就会在status中放上关于导致返回的子进程的状态信息
 
WIFEXITED(status): 子进程通过调用exit或者return正常终止就返回真
 
WIFSIGNALED(status): 如果一个子进程是因为一个未被捕获的信号而终止的，那么就返回真。(可以用来判断子进程是否是因为接受了SIGINT信号而终止的)
 
WIFSTOPPED(status): 如果引起返回的子进程当前是停止的，就返回真（可以用来判断子进程是否是因为接受了SIGISTP信号而终止的）

unix_error的使用

在程序运行中使用unix_error会导致程序整个退出，在本实验中基本上在shell程序是不要用到unix_error的，因为如果出现一点错误就退出shell是十分不友好的

我这里就有个错误使用方式：

在return之前如果上了锁记得解锁

可能每一个人实现的方式不同，但是下面我这样的

这些锁我经常忘记解开

既然封装了函数就要理解他

当我在测试的时候，发现我有些样例会与标准答案多好多测试

后来才发现是因为我封装了Execve函数

但是他出问题，也就是命令找不到时，我直接返回了，因为是在Fork后调用的Execve,导致子进程会运行我父进程的代码，真糟糕！

所以Execve要改下，如果出错，进程要退出

实验知识点

原则

• 检查系统调用错误，并处理，在处理程序中保存并恢复errno （P512，P536）
  当Unix系统级函数遇到错误时，它们总是会返回-1
  并设置全局整数变量errno来表示什么出错了
  fprintf(stderr,"%s\n",strerror(errno))

  像书本上的示例代码，其中如Fork,Execve,Kill,Sleep,Waitpid,Sigprocmask,Sigemptyset,Sigfillset,Sigaddset,Sigdelset等，开头字母大写表示他们是对原函数进行错误处理分装后的函数
  有个特殊的函数是sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); 它是出错则返回SIG_ERR,而不设置errno P531，但是这不影响我们可以分装原函数对其进行错误检查 P532

  注意在处理函数（即signal函数中写的信号函数）中，保存旧errno，返回时恢复旧errno(P536,P537)

• 访问共享资源时 或 在并发时需要按某种顺序执行时，使用Sigprocmask进行上锁
  书上P541的一个惨痛案例，是addjob与deletejob函数之间的竞争，我们希望是在新fork一个进程后，对于这个新的进程，addjob应该在deletejob之前执行

• 正确的信号处理，如果存在一个未处理的信号就表明至少一个信号到达了
  在书本上P537上的一个错误案例：
  if (waitpid(-1,NULL,0) < 0){...}, 这样会导致信号不会排队（P536）的问题，而导致信号丢失。
  于是一个正确的写法是：while(waitpid(-1,NULL,0) > 0){...},同时可以利用errno来判断是否出错。P517，P539

• 以及写在P535，P536的一堆原则

显示地等待信号 sigsuspend

想想在writeup中给我们在waitfg和sigchld_handler之前，哪个用waitpid的提示

One of the tricky parts of the assignment is deciding on the allocation of work between the waitfg
and sigchld handler functions. We recommend the following approach:
– In waitfg, use a busy loop around the sleep function.
– In sigchld handler, use exactly one call to waitpid.

然而waitfg有着更好的写法
在书P545上，描写着使用sleep等待太慢，pause会被信号中断的缺陷，于是有了sigsuspend

测试

毒瘤测试点

我的错误测试结果：

正确结果：

改动：

自动测评

写一个shell脚本，因为主要是进程号不同，所以用sed将进程号替换成1000，diff比较文件的不同

可以很清楚的看到差别

Shell Lab完结！

Code and Notebook

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