20155322 2017-2018-1 《信息安全系统设计》第五周 MyBash实现

20155322 2017-2018-1《信息安全系统设计》第五周 MyBash实现

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[博客目录]

• 实现要求
• 相关知识
  • bash
  • fork
  • exec
  • wait
• 相关问题
  • fork返回两次
  • execvp函数原型
  • fork函数的理解
• 代码链接
• 实现
  • 伪代码
  • 产品代码
• 本周结对学习情况
  • 结对学习博客
  • 结对学习图片
  • 结对学习内容
• 参考资料

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实现要求

• 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）

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相关知识

bash

bash 是一个为GNU计划编写的Unix shell。它的名字是一系列缩写：Bourne-Again SHell — 这是关于Bourne shell（sh）的一个双关语（Bourne again / born again）

bash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参数
  • c字符串
    
    若用-c参数，则bash从字符串中读入命令，如果字符串后还有变量就被设定为从$0开始的位置参数。
  • i
    
    若用-i参数，则bash是交互的。
  • s
    
    若用-s参数，则bash从标准输入中读入命令（在执行完-c带的命令之后。）直到输入exit。
    
    -“-”
    
    单一的号表明参数执行完毕，并且屏蔽此后所跟参数，后面的所有变量都被看作是文件名。
  • norc
    
    如果bash是交互的，则不执行个人初始化文件：-/.bashrc，如果bash作为sh来运行，这个参数缺省是关闭的。
  • noprofile
    
    不执行系统范围的启动文件/etc/profile也不执行个人的启动文件-/.bash_profile，-/.bash_login或-/.profile，缺省情况下，bash作为登录的shell时以这些文件作为启动文件。
  • -refile文件名
    
    如果bash是交互的，则以此文件作为bash的启动文件。替代-/.bashrc。
  • version
    
    在bash开始时显示此bash的版本号。
  • quiet
    
    不显示版本号和其他信息，这是缺省值。
  • login
    
    激活bash，伪装为登录shell。
  • nobraceexpansion
    
    不执行大括号扩展。
  • nolineediting
    
    在交互状态下不使用GNU的readline库去读取命令。即取消了命令行编辑功能。
  • posix
    
    改变bash的行为，使其符合Posix 1003.2规定的标准。

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fork

计算机程序设计中的分叉函数。fork函数将运行着的程序分成2个（几乎）完全一样的进程，每个进程都启动一个从代码的同一位置开始执行的线程。这两个进程中的线程继续执行，就像是两个用户同时启动了该应用程序的两个副本。

• 函数原型：

pid_t fork( void);
//pid_t 是一个宏定义，其实质是int 被定义在#include<sys/types.h>中

• 返回值：
  
  若成功调用一次则返回两个值，子进程返回0，父进程返回子进程ID；否则，出错返回-1
• 函数说明：
  
  一个现有进程可以调用fork函数创建一个新进程。由fork创建的新进程被称为子进程（child process）。fork函数被调用一次但返回两次。两次返回的唯一区别是子进程中返回0值而父进程中返回子进程ID。子进程是父进程的副本，它将获得父进程数据空间、堆、栈等资源的副本。注意，子进程持有的是上述存储空间的“副本”，这意味着父子进程间不共享这些存储空间。UNIX将复制父进程的地址空间内容给子进程，因此，子进程有了独立的地址空间。在不同的UNIX (Like)系统下，我们无法确定fork之后是子进程先运行还是父进程先运行，这依赖于系统的实现。所以在移植代码的时候我们不应该对此作出任何的假设。
  
  man查询结果如下：
  
  

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exec

把当前进程映像替换成新的程序文件，而且该程序通常在main函数开始执行。

• exec函数族：

#include <unistd.h>

extern char **environ;

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

• 其中只有execve是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。
• exec函数的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件
  
  man查询结果如下：
  
  

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wait

等待子进程中断或结束（等待直到一个进程标识终止）。

• 函数原型：

pid_t wait (int * status);

• 表头文件：

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

• 调用 wait 函数时,调用进程将会出现下面的情况:
  • 如果其所有子进程都还在运行, 则阻塞。
  • 如果一个子进程已经终止,正等待父进程获取其终止状态,则获取该子进程的终止状态然后立即返回。
  • 如果没有任何子进程,则立即出错返回。
    
    man查询结果如下：
    
    
• 实例代码：

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

main()
{
    pid_t pid;
    int status,i;
    if(fork()= =0){
    printf(“This is the child process .pid =%d\n”，getpid());
    exit(5);
    }else{
    sleep(1);
    printf(“This is the parent process ,wait for child...\n”；
    pid=wait(&status);
    i=WEXITSTATUS(status);
    printf(“child’s pid =%d .exit status=%d\n”，pid,i);
}

结果：

This is the child process.pid=1501
This is the parent process .wait for child...
child’s pid =1501,exit status =5

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相关问题

• 问题：为什么fork会返回两次？
• 通过百度百科我得到了答案：由于在复制时复制了父进程的堆栈段，所以两个进程都停留在fork函数中，等待返回。因此fork函数会返回两次，一次是在父进程中返回，另一次是在子进程中返回，这两次的返回值是不一样的。过程如下图。
  
  
  
  fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：
  • 在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
  • 在子进程中，fork返回0；
  • 如果出现错误，fork返回一个负值。

在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。

引用一位网友的话来解释fork函数返回的值为什么在父子进程中不同:“其实就相当于链表，进程形成了链表，父进程的fork函数返回的值指向子进程的进程id, 因为子进程没有子进程，所以其fork函数返回的值为0.调用fork之后，数据、堆、栈有两份，代码仍然为一份但是这个代码段成为两个进程的共享代码段都从fork函数中返回，箭头表示各自的执行处。当父子进程有一个想要修改数据或者堆栈时，两个进程真正分裂。

• 实例代码：

#include<sys/types.h>//对于此程序而言此头文件types.h用不到
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main(int argc,char *argv[])/*整数类型主函数*/
{
pid_t pid=fork();/*传递参数*/
if(pid<0)/*如果(进程标记<0)*/
{
fprintf(stderr,"错误！");
}
else if(pid==0)/*否则如果(进程标记==0)*/
{
printf("这是子进程！");
exit(0);
}
else/*否则*/{
printf("这是父进程！子进程的进程标记为=%d",pid);
}
//可能需要时候wait或waitpid函数等待子进程的结束并获取结束状态
exit(0);
}

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• 问题：对于execvp函数原型中的int execvp(const char *file, char *const argv[])中*file的定义？
• 解决：是程序的可执行文件的名字。
  • execlp和execvp的第1个参数 file可以简单到仅仅是一个文件名，如 "ls"，这两个函数可以自动到环境变量PATH制定的目录里去寻找。
• 实例测试：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    char *arglist[3];

    arglist[0] = "ls";
    arglist[1] = 0;
    arglist[2] = 0;//NULL
    printf("*** I want to exec "ls" ***\n");
    execvp("ls", arglist);
    printf("*** "ls"  is done ***\n");

    return 0;
}

结果

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• 问题：关于fork函数的理解
• 解决：这里我参考了刘子健同学的博客中关于fork的demo，并进行了测试，通过sleep函数的来体现出fork的效果，我觉得这个demo非常好，便于理解fork，在此记录：

#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;
}

• 结果：
  
  

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代码链接

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实现

伪代码（流程）：

• 循环 {
  • 输入指令；
  • 判断是否为回车
    • 是：结束输入，存储指令，fork，执行
    • 否：继续输入
      
      }

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产品代码：

#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 mybash5322(char *arglist[]);
int execute(char *arglist[]);
char *makestring(char *buf);

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;
                mybash5322(arglist);
                numargs = 0;
            }
        }
    }
    return 0;
}

int mybash5322(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;
}

• 实现结果：
  
  

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本周结对学习情况

• 结对学习博客
  
  20155302
• 结对学习图片
  
  
• 结对学习内容
  • 教材第三章

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参考资料

• Linux 进程与信号的概念和操作 linux process and signals
• fork函数
• EXEC函数
• Wait函数
• perror
• Exit()
• SLEEP函数
• 课后实践之mybash

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