Shell#
A shell is an application program that runs programs on behalf of the user.
在 Linux 中，shell 是一个命令行界面，用户可以通过 shell 输入命令，shell 会将这些命令传递给操作系统执行。
#include "csapp.h"
#define MAXARGS 128
/* Function prototypes */
void eval(char *cmdline);
int parseline(char *buf, char **argv);
int builtin_command(char **argv);
int main()
{
char cmdline[MAXLINE]; /* Command line */
while (1) {
/* Read */
printf("> ");
Fgets(cmdline, MAXLINE, stdin);
if (feof(stdin))
exit(0);
/* Evaluate */
eval(cmdline);
}
}这是一个最简单的 shell 程序，功能是：读取用户输入的命令行，然后执行这个命令行。
/* eval - Evaluate a command line */
void eval(char *cmdline)
{
char *argv[MAXARGS]; /* Argument list execve() */
char buf[MAXLINE]; /* Holds modified command line */
int bg; /* Should the job run in bg or fg? */
pid_t pid; /* Process id */
strcpy(buf, cmdline);
bg = parseline(buf, argv);
if (argv[0] == NULL)
return; /* Ignore empty lines */
if (!builtin_command(argv)) {
if ((pid = Fork()) == 0) { /* Child runs user job */
if (execve(argv[0], argv, environ) < 0) {
printf("%s: Command not found.\n", argv[0]);
exit(0);
}
}
/* Parent waits for foreground job to terminate */
if (!bg) {
int status;
if (waitpid(pid, &status, 0) < 0)
unix_error("waitfg: waitpid error");
}
else
printf("%d %s", pid, cmdline);
}
return;
}在 eval 函数中，首先调用 parseline 函数解析命令行，将命令行分解为一个个参数，并存储在 argv 数组中。之后根据第一个参数，分类执行：
- 是内置命令（如
quit），则调用builtin_command函数处理这个命令。 - 是可执行目标文件，则调用
Fork函数创建一个子进程，然后在子进程中调用execve函数执行这个命令。 - 然后根据
bg变量判断这个命令是前台进程还是后台进程，如果是前台进程，则调用waitpid函数等待子进程结束；如果是后台进程，则打印出子进程的 PID 和命令行，不等待子进程结束。
这个简单 shell 的缺陷是：终端作为父进程，并不知道子进程何时终止结束，无法回收子进程的资源。
由此需要引入 Signals。
Signals#
这个问题用需要之前学习过的 ECF 来解决，这部分对于实现 shell 非常重要。
A**「signal」**is a small message that notifies a process that an event some type has occurred in the system.
是由内核发送给进程的一个消息，用 的小整数表示，代表不同含义。
具体信号含义可以用
man 7 signal查看。
Sending a Signal#
发送信号。从 Kernel 到 Destination process 传递，改变进程 **上下文（Context）**中的某些状态。
「Process Group 进程组」
- 每个进程都要属于，也只属于一个进程组，进程组也有 ID。
- 默认情况下，子进程和他的父进程同属于一个进程组。
- 可以用
getpgrp()获取进程组，用setpgrid()改变进程组。
「/bin/kill 程序」
- 是系统提供的一个命令行工具，用来发送信号给进程。
- 它的名字是 kill，但它并不一定会杀死进程，可以发送任何指定信号给任何进程。
/bin/kill -9 15213中，信号 9 是 SIGKILL，15213 是进程 PID。/bin/kill -9 -15213中，信号 9 是 SIGKILL，15213 是进程组 ID，会杀死这个组中的每个进程。
「Keyboard」
- 输入
Ctrl+C会发送SIGINT信号，终止前台进程组的所有作业。 - 输入
Ctrl+Z会发送SIGTSTP信号，挂起前台进程组的所有作业。 - 前台进程组中，可能会有多个进程在运行，比如指令
ls | sort就会创建两个进程，分别是ls和sort，它们同属于前台作业的进程组。
「kill() Function」
-
C 语言中提供了
kill()函数，可以用来发送信号给进程。 -
这个跟
/bin/kill程序一样，都用正负来区分进程和进程组。
Receiving a Signal#
接收信号。
进程被内核要求对信号做出反应后，有以下几种情况可以选择：
- **「Ignore」**直接忽略，什么都不做
- **「Default」**根据信号类型的预定义动作处理，比如终止、忽略、停止。
- **「Catch」**执行一个叫做 signal handler 的函数，来处理这个信号，如下图所示。
所以，对于大部分信号，进程可以自己选择：直接忽略，默认处理，或者自定义处理函数。
对于特殊信号 SIGKILL 和 SIGSTOP，进程不能选择忽略或者捕获，必须终止或者停止。
void handler(int sig) {
printf("Received signal %d\n", sig);
exit(0);
}
signal(SIGINT, handler); // 大致实现逻辑如上Pending and Blocked Signals#
这个过程是接收信号之前，信号会被放在一个 Pending 队列中，等待进程处理。
「Pending」
- 信号已经发送，但还没有被接收的状态。
- 信号不会排队。对于每种信号类型，一个进程 最多只能有一个 处于 Pending 状态的信号。比如连续发送多次同一个型号
SIGINT，也并不会堆积起来，而是只会保留一个。
「Block」
- 信号被阻塞，进程不会接收这个信号。
- Blocked signals can be delivered, but will not be received until the signal is unblocked
所以就是说，如果信号处于 Blocked 状态，就会持续处于 Pending 状态，直到进程解除 Blocked 状态。
「Bit Vector」
- Blocked signals 用一个 Bit Vector 来表示，表示每个信号是否被 Blocked。
- Pending bit vector：当某个信号 k 被内核投递给进程时，内核设置 pending 中的第 k 位为 1。
- Blocked bit vector：当某个信号 k 被屏蔽时，内核设置 blocked 中的第 k 位为 1。
- Ready = pending & ~blocked，才会被接收。
「实现方法」
sigprocmask() 函数可以用来设置 Blocked signals。
具体用法可以自行查询，man 2 sigprocmask。
一般是先 sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &prev_mask) 来阻塞，
然后 sigprocmask(SIG_SETMASK, &prev_mask, NULL) 来恢复。