20165324_mybash

20165324_mybash

实验要求

• 实验要求：
  1. 使用fork,exec,wait实现mybash
  2. 写出伪代码，产品代码和测试代码
  3. 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）

背景知识

Shell的介绍

• shell是一个程序，可以称之为壳程序，用于用户与操作系统进行交互。用来区别与核，相当于是一个命令解析器，Shell有很多中，这里列出其中几种

  1. Bourne SHell(sh)
  2. Bourne Again SHell(bash)
  3. C SHell(csh)
  4. KornSHell(ksh)
  5. zsh

• 各个shell的功能都差不太多，在某些语法的下达下面有些区别，Linux预设就是bash。这里主要介绍bash

bash

• bash命令是sh命令的超集大多数sh脚本都可以在bash下运行，bash主要有如下这些功能：
  1. 记录历史命令:bash可以记录曾经的命令，保持在~/.bash_history文件中，只保存上次注销登录之后的命令。
  2. tab键自动补全:使用tab见可以自动不全命令或者目录。
  3. alias命令别名:可以使用alias ll='ls -al'来设置命令的别名。
  4. 工作控制:可以将某些任务放在后台去运行，这里不多种介绍。
  5. 程序脚本:可以执行shell脚本文件。
  6. 通配符:在查找相关文件或者执行相关命令时，可以使用通配符*。
  7. 内建命令type:可以使用type命令来查看某个命令是否为内建在bash当中的命令。

进程

• 进程的状态：
  1. 创建(created)
  2. 执行(running)
  3. 就绪(ready)
  4. 阻塞(blocked)
  5. 终止(terminated)

bash示例和书写流程

• 命令行输入：gedit hello_shell.sh
• 编辑器内输入：

#!/bin/bash

for ((i=0; i<10; i++));do
   echo "hello shell"
done

exit 0

• 为文件添加可执行权限：$ chmod 755 hello_shell.sh
• 执行脚本：$ ./hello_shell.sh
• 运行截图：

• 说明：
  1. #!/bin/bash:它是bash文件声明语句，表示是以/bin/bash程序执行该文件。它必须写在文件的第一行。
  2. echo "hello bash" : 表示在终端输出“hello bash”。
  3. exit 0 : 表示返回0。在bash中，0表示执行成功，其他表示失败。
• 执行bash脚本$ ./bash,在终端输出“hello shell”。

fork

• fork：
  1. 指一个进程，包括代码、数据和分配给进程的资。fork（）函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。
  2. 一个进程调用fork（）函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。

• 测试代码Testfork.c

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main ()
{
    pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值
    int count=0;
    fpid=fork();
    if (fpid < 0)
        printf("error in fork!");
    else if (fpid == 0) {
        printf("i am the child process, my process id is %d\n",getpid());
        printf("I'm the child\n");
        count++;
    }
    else {
        printf("i am the parent process, my process id is %d\n",getpid());
        printf("I'm the father\n");
        count++;
    }
    printf("统计结果是: %d\n",count);
    return 0;
}

• 运行结果

• 代码分析： 一个进程调用fork（）函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。 执行完fork后，进程1的变量为count=0，fpid！=0（父进程）。进程2的变量为count=0，fpid=0（子进程），这两个进程的变量都是独立的，存在不同的地址中，不是共用的，这点要注意。可以说，我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。

wait

• wait：由于fork产生的父子进程的执行没有固定的先后顺序，哪个进程先执行要看系统的进程调度策略，所以要实现mybash必须使用wait函数。如果在使用fork()之前调用wait(),wait()的返回值则为-1,正常情况下wait()的返回值为子进程的PID.

• wait的函数原型是：

  #include <sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义 */
  #include <sys/wait.h>
  pid_t wait(int *status);

• 返回值： 如果执行成功则返回子进程识别码(PID)，如果有错误发生则返回-1。失败原因存于errno中。
  1. 进程一旦调用了wait，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经 退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程， wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止
  2. 参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态，它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意，只想把这个僵尸进程消灭掉，（事实上绝大多数情况下，我们都会这样想），我们就可以设定这个参数为NULL，就象下面这样：pid = wait(NULL);
  3. 如果成功，wait会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1，同时errno被置为ECHILD。

下面运行一个例子来理解wait调用：

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

int main()
{
    pid_t pc, pr;
    pc = fork();
    if ( pc < 0 ) /* 如果出错 */
    {
        printf("create child prcocess error: %s/n", strerror(errno));
        exit(1);
    }
    else if ( pc == 0) /* 如果是子进程 */
    {
        printf("I am child process with pid %d \n", getpid());
        sleep(3);/* 睡眠3秒钟 */
        exit(0);
    }
    else /* 如果是父进程 */
    {
        printf("Now in parent process, pid = %d/n", getpid());
        printf("I am waiting child process to exit.\n");
        pr = wait(NULL); /* 在这里等待子进程结束 */
        if ( pr > 0 ) /*子进程正常返回*/
        printf("I catched a child process with pid of %d\n", pr);
        else /*出错*/
        printf("error: %s/n.\n", strerror(errno));
    }
    exit(0);
}

• 运行结果：

• 代码分析：设定的让子进程睡眠3s的时间，只有子进程从睡眠中苏醒过来，它才能正常退出，也就才能被父进程捕捉到。这里不管设定子进程睡眠的时间有多长，父进程都会一直等待下去。

exec

• exec：exec命令用于调用并执行指令的命令。exec命令通常用在shell脚本程序中，可以调用其他的命令。如果在当前终端中使用命令，则当指定的命令执行完毕后会立即退出终端。
• man -k exec查看手册得：

• 语法格式：
  1. int execl(const char pathname， const char arg0， ... /* (char )0 );,execl()函数用来执行参数path字符串所指向的程序，第二个及以后的参数代表执行文件时传递的参数列表，最后一个参数必须是空指针以标志参数列表为空.
  2. int execv(const char path， char const argv[]);,execv()函数函数用来执行参数path字符串所指向的程序，第二个为数组指针维护的程序参数列表，该数组的最后一个成员必须是空指针。
  3. int execlp(const char filename， const char arg0， ... /* (char )0 / );,execlp()函数会从PATH环境变量所指的目录中查找文件名为第一个参数指示的字符串，找到后执行该文件，第二个及以后的参数代表执行文件时传递的参数列表，最后一个参数必须是空指针.
  4. int execvp(const char file， char const argv[]);,execvp()函数会从PATH环境变量所指的目录中查找文件名为第一个参数指示的字符串，找到后执行该文件，第二个及以后的参数代表执行文件时传递的参数列表，最后一个成员必须是空指针。
• 由于exec函数会取代执行它的进程,一旦exec函数执行成功, 它就不会返回了,进程结束。但是如果exec函数执行失败, 它会返回失败的信息, 而且进程继续执行后面的代码。所以通常exec会放在fork() 函数的子进程部分,来替代子进程执行,执行成功后子程序就会消失, 但是执行失败的话,必须用exit()函数来让子进程退出。

mybash

• mybsah的实现代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pwd.h>
#define PATH "/home/"   

void print_info()
{
    uid_t id = getuid();
    char *status = "$";
    if( id == 0)
    {
        status = "#";
    }
    struct passwd *p = getpwuid(id);
    if(p == NULL)
    {
        printf("mybash>>");
        fflush(stdout);
        return;
    }  

    char path[128] = {0};
    getcwd(path,256);  

    char *q = "/";
    char *s = strtok(path,"/");
    while( s != NULL)
    {
        q = s;
        s = strtok(NULL,"/");
    }
    char hostname[128] = {0};
    gethostname(hostname,128);
    printf("[%s@%s %s]%s ",p->pw_name,hostname,q,status);
}
int main()
{
    while(1)
    {
        print_info();
        char buff[128] = {0};
        fgets(buff,128,stdin);
        buff[strlen(buff)-1] = 0;
        char *myargv[10] = {0};
        char *s = strtok(buff," ");
        if(s == NULL)
        {
            continue;
        }
        myargv[0] = s;
        int i = 1;
        while((s = strtok(NULL," ")) != NULL)
        {
            myargv[i++] = s;
        }
        if(strcmp(myargv[0],"exit") == 0)
        {
            exit(0);
        }
        else if(strcmp(myargv[0],"cd") == 0)
        {
            if(chdir(myargv[1]) == -1)
            {
                perror("chdir error");
            }
            continue;
        }
        pid_t pid = fork();
        assert(pid != -1);
        if(pid == 0)
        {
            char path[256] = {0};
            if(strncmp(myargv[0],"./",2) != 0 && strncmp(myargv[0],"/",1) != 0)
            {
                strcpy(path,PATH);
            }
            strcat(path,myargv[0]);
            execv(path,myargv);
            perror("execv error");
            exit(0);
        }
        else
        {
            wait(NULL);
        }
    }
}  

• 运行结果