題目1shell程序設(shè)計

1、題目1 shell 程序設(shè)計1.1 實驗?zāi)康?Linux操作系統(tǒng)中shell是用戶與系統(tǒng)內(nèi)核溝通的中介，它為用戶使用操作系統(tǒng)的服務(wù)提供了一個命令界面。用戶在shell提示符($或#)下輸入的每一個命令都由shell先解釋，然后傳給內(nèi)核執(zhí)行。本實驗要求用C語言編寫一個簡單的shell程序，希望達到以下目的：l 用C語言編寫清晰易讀、設(shè)計優(yōu)良的程序，并附有詳細的文檔。l 熟悉使用Linux下的軟件開發(fā)工具，例如gcc、gdb和make。l 在編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序時熟練使用man幫助手冊。l 學(xué)習(xí)使用POSIX/UNIX系統(tǒng)調(diào)用、對進程進行管理和完成進程之間的通信，例如使用信號和管道進行進程間通信。l

2、理解并發(fā)程序中的同步問題。l 鍛煉在團隊成員之間的交流與合作能力。1.2 實驗要求1.2.1 ysh解釋程序的重要特征 本實驗要實現(xiàn)一個簡單的命令解釋器，也就是Linux中的shell程序。實驗程序起名為ysh，要求其設(shè)計類似于目前流行的shell解釋程序，如bash、csh、tcsh，但不需要具備那么復(fù)雜的功能。ysh程序應(yīng)當(dāng)具有如下一些重要的特征：l 能夠執(zhí)行外部程序命令，命令可以帶參數(shù)。 。l 能夠執(zhí)行fg、bg、cd、history、exit等內(nèi)部命令。l 使用管道和輸入輸出重定向。l 支持前后臺作業(yè)，提供作業(yè)控制功能，包括打印作業(yè)的清單，改變當(dāng)前運行作業(yè)的前臺/后臺狀態(tài)，以及控制作業(yè)

3、的掛起、中止和繼續(xù)運行。 除此之外，在這個實驗中還須做到：l 使用make工具建立工程。l 使用調(diào)試器gdb來調(diào)試程序。l 提供清晰、詳細的設(shè)計文檔和解決方案。1.2.2 ysh解釋程序的具體要求1. Shell程序形式本實驗的ysh程序設(shè)計不包括對配置文件和命令行參數(shù)的支持。如果實現(xiàn)為像bash那樣支持配置文件，當(dāng)然很好，但本實驗并不要求。ysh應(yīng)提供一個命令提示符，如ysh>,表示接收用戶的輸入，每次執(zhí)行完成后再打印下一個命令提示符ysh>。當(dāng)用戶沒有輸入時， ysh需要一直處于隨時等待輸入狀態(tài)，同時在屏幕上顯示一些必要的信息。2. 外部命令和內(nèi)部命令在大多數(shù)情況下，用戶輸入的

4、命令是執(zhí)行存儲在文件系統(tǒng)中的可執(zhí)行程序，我們叫做外部命令或外部程序。ysh應(yīng)當(dāng)支持在執(zhí)行這些程序時可以將輸入輸出重新定向到一個文件，并允許若干個程序使用管道串聯(lián)起來。從本實驗的角度來講，我們把由管道連接起來的復(fù)合命令以及單獨使用的命令統(tǒng)稱為作業(yè)。外部命令的形式是一系列分隔的字符串。第一個字符串是可執(zhí)行程序的名字，其他的是傳給這個外部程序的參數(shù)。如果第一個字符串所聲明的可執(zhí)行文件并不存在或者不可執(zhí)行則認(rèn)為這個命令是錯誤的。解釋器還須支持一些內(nèi)部命令，這些命令在ysh程序內(nèi)部實現(xiàn)了特定的動作，下面是一些內(nèi)部命令，如果用戶提交了一個內(nèi)部命令，ysh應(yīng)當(dāng)按照下面的描述執(zhí)行相應(yīng)動作。l exit：結(jié)束所

5、有的子進程并退出ysh。l jobs：打印當(dāng)前正在后臺執(zhí)行的作業(yè)和掛起的作業(yè)信息。輸出信息應(yīng)采用便于用戶理解的格式。jobs自身是一條內(nèi)部命令，所以不需要顯示在輸出上。l fg <int>：把<int>所標(biāo)識的作業(yè)放到前臺運行。如果這個作業(yè)原來已經(jīng)停止，那么讓它繼續(xù)運行。shell應(yīng)當(dāng)在打印新的命令提示符之前等待前臺運行的子進程結(jié)束。l bg <int>：在后臺執(zhí)行<int>標(biāo)識的已掛起的進程。3命令行當(dāng)用戶在提示符后面輸入命令時，輸入的整行內(nèi)容叫做“命令行字符串”，ysh應(yīng)當(dāng)保存每一條命令行字符串，直到它表示的作業(yè)執(zhí)行結(jié)束，其中包括后臺作業(yè)和被

6、掛起的作業(yè)。ysh應(yīng)當(dāng)給每一個命令行字符串賦一個非負(fù)整數(shù)標(biāo)識符。這個整數(shù)用來標(biāo)識存儲作業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，作業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)包含整個命令行字符串所表示的內(nèi)容。一旦命令行字符串代表的作業(yè)執(zhí)行結(jié)束，ysh就要刪掉表示這個作業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。標(biāo)識符可以循環(huán)使用。對于包含內(nèi)部命令的命令行字符串，不需要為它們建立作業(yè)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因為它們本身的內(nèi)容全部包含在ysh程序中。4前臺和后臺作業(yè)ysh應(yīng)當(dāng)能夠執(zhí)行前臺和后臺作業(yè)。shell在前臺作業(yè)執(zhí)行結(jié)束之前要一直等待。而在開始執(zhí)行后臺作業(yè)時要立刻打印出提示符ysh>，讓用戶輸入下一條命令。前臺作業(yè)的執(zhí)行總是優(yōu)先于執(zhí)行一個后臺作業(yè)，ysh不需要在打印下一個提示符前等待

7、后臺作業(yè)的完成，無論是否有后臺作業(yè)的執(zhí)行，只要完成一個前臺作業(yè)，便立即輸出提示符ysh>。一個后臺作業(yè)結(jié)束時，ysh應(yīng)當(dāng)在作業(yè)執(zhí)行結(jié)束后立刻打印出一條提示信息。下面語法中會在命令語法分析程序中介紹相應(yīng)的語法來支持后臺作業(yè)。5特殊鍵又稱組合鍵。通過終端驅(qū)動程序，特殊的組合鍵可以產(chǎn)生信號給ysh，程序應(yīng)當(dāng)對這些信號做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。l Ctrl+Z：產(chǎn)生SIGTSTP信號，這個信號不是掛起ysh，而是讓shell掛起在前臺運行的作業(yè)，如果沒有任何前臺作業(yè)，則該特殊鍵無效。l Ctrl+C：產(chǎn)生SIGINT信號，這個信號不是中止ysh，而是通過ysh發(fā)出信號殺死前臺作業(yè)中的進程。如果沒有任何前臺

8、作業(yè)，則該特殊鍵無效。6分析用戶輸入1) 分隔符和特殊字符分析用戶輸入的語法分析器應(yīng)具有下面介紹的功能，它能夠檢查用戶的輸入錯誤。如果用戶輸入的某些地方出錯了，ysh應(yīng)提供合理的出錯信息。就像商業(yè)級別的shell一樣，ysh每次接受用戶輸入的一行命令，在用戶按下回車鍵 (Enter)后開始執(zhí)行分析動作。空命令不產(chǎn)生任何操作，而只是打印一個新提示符。定義空格符為分隔符，ysh應(yīng)能處理命令行中間和前后出現(xiàn)的重復(fù)空格符。某些字符被稱做“元字符"，它們在用戶輸入的上下文中具有特定的含義。這些字符包括“、| 、<、>“。shell假設(shè)這些字符不會出現(xiàn)在程序名、參數(shù)名和文件名中，它們

9、是ysh的保留字符。下面幾小節(jié)會解釋這些元字符的含義。2) 內(nèi)部命令如果命令行字符串符合前面介紹的內(nèi)部命令的格式，它就作為一個內(nèi)部命令被解釋。如果不是，就要考慮可能是外部程序的執(zhí)行，或者是錯誤的。3) I/O重定向一個程序命令后面可能還跟有元字符“<”或“>”，它們是重定向符號，而在重定向符號后面還跟著一個文件名。在“<”的情況下，程序的輸入被重定向到一個指定的文件中。在“>”的情況下，程序的輸出被重定向到一個指定的文件中。如果輸出文件不存在，需要創(chuàng)建一個輸出文件。如果輸入文件不存在，則認(rèn)為是出現(xiàn)了錯誤。4) 管道和協(xié)同程序在一條命令行中當(dāng)若干個命令被元字符“|”分隔開

10、時，這個元字符代表管道符號。在這種情況下，ysh為每一個子命令都創(chuàng)建一個進程，并把它們的輸入/輸出用管道連接起來。例如下面這條命令行： progA argA1 argA2<infile | progB argB1>outfile應(yīng)生成progA和progB兩個進程，progA的輸入來自文件infile，progA的輸出是progB的輸入，并且progB的輸出是文件outfile。這種命令行可以通過進程間通信中的管道來實現(xiàn)。含有一個和多個管道的命令會在如下幾種情況下產(chǎn)生錯誤：l 當(dāng)其任何一個子程序執(zhí)行出錯時。l 除了第一個子程序以外的其他子程序的輸入被重定向。l 除了最后一個子程序以

11、外的其他子程序的輸出被重定向。由管道連接的多個進程所組成的作業(yè)只有當(dāng)其所有的子進程都執(zhí)行完畢后才算結(jié)束。5)后臺作業(yè)當(dāng)用戶需要在后臺執(zhí)行一個作業(yè)時，可以在作業(yè)命令的后面加上元字符“”。用戶以該種方式輸入的作業(yè)命令都必須放在后臺執(zhí)行，同時并不影響用戶與終端的交互。6)語法下面給出的語法規(guī)則描述圖提供了控制用戶輸入的一種更規(guī)范的描述形式。如果使用Linux中的現(xiàn)有工具lex和yacc來建立命令行分析器，還需要對這個語法進行修改，以便使它支持LALR(1)(Look Ahead Left Reduction)分析方法。這個語法并不包括特殊鍵，因為它們不會在用戶輸入時顯示出來，而是需要單獨處理。Com

12、mandLine代表用戶的合法輸入，它作為ysh要執(zhí)行的一條“指令”。這里假設(shè)存在一個詞法分析器，它將空格符作為分隔符，并識別元字符作為一個詞法記號等。CommandLine ：= NULL FgCommandLine FgCommandLine&FgCommandLine ：= SimpleCommand FirstCommand MidCommand LastCommandSimpleCommand ：= ProgInvocation InputRedirect OutputRedirectFirstCommand ：= ProgInvocation InputRedirectMi

13、dCommand ：= NULL | ProgInvocation MidCommand LastCommand ：= |ProgInvocation OutputRedirectProgInvocation ：= ExecFi le Args InputRedirect ：= NULL， <STRINGOutputRedirect ：= NULL >STRINGExecFile ：= STRINGArgs ：= NULL STRING ArgsSTRING ：= NULL CHAR STRINGCHAR ：= 0 |1 | 9| a |b | z | A | B | Z7實驗步驟

14、建議(1)閱讀關(guān)于fork、exec、wait和exit系統(tǒng)調(diào)用的man幫助手冊。(2)編寫小程序練習(xí)使用這些系統(tǒng)調(diào)用。(3)閱讀關(guān)于函數(shù)tcsetpgrp和setpgid的man幫助手冊。(4)練習(xí)編寫控制進程組的小程序，要注意信號SIGTTIN和SIGTTOU。(5)設(shè)計命令行分析器(包括設(shè)計文檔)。(6)實現(xiàn)命令行分析器。(7)使用分析器，寫一個簡單的shell程序，使它能執(zhí)行簡單的命令。(8)增加對程序在后臺運行的支持，不必?fù)?dān)心后臺作業(yè)運行結(jié)束時要打印一條信息(這屬于異步通知)。增加jobs命令(這對于調(diào)試很有幫助)。(9)增加輸入輸出重定向功能。(10)添加代碼支持在后臺進程結(jié)束時打

15、印出一條信息。(11)添加作業(yè)控制特征，主要實現(xiàn)對組合鍵Ctrl+Z、Ctrl+C的響應(yīng)，還有實現(xiàn)fg和bg命令功能。(12)增加對管道的支持。(13)實現(xiàn)上面的所有細節(jié)并集成。(14)不斷測試。(15)寫報告。(16)結(jié)束。1.3相關(guān)基礎(chǔ)知識1.3.1 shell與內(nèi)核的關(guān)系shell是用戶和Linux內(nèi)核之間的接口程序，如果把Linux內(nèi)核想象成一個球體的中心， shell就是包圍內(nèi)核的外殼，如圖51所示。當(dāng)從shell或其他程序向Linux傳遞命令時，內(nèi)核會做出相應(yīng)的反應(yīng)。shell是一個命令語言解釋器，它擁有自己內(nèi)建的shell命令集，shell也能被系統(tǒng)中其他應(yīng)用程序所調(diào)用。用戶在提

16、示符ysh>下輸入的命令都是由shell先解釋后傳給Linux核心的 1.3.2 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用是一個“函數(shù)調(diào)用”，它控制狀態(tài)的改變。系統(tǒng)調(diào)用與普通函數(shù)過程的區(qū)別在于系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行會引起特權(quán)級的切換，因為被調(diào)用的函數(shù)處于操作系統(tǒng)內(nèi)核中，是內(nèi)核的一部分。操作系統(tǒng)定義了一個系統(tǒng)調(diào)用集合。為了安全起見，調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)部的函數(shù)必須謹(jǐn)慎地控制，這種控制是由硬件通過陷阱向量執(zhí)行的。只有那些在操作系統(tǒng)啟動時填入陷阱向量的地址，才是正當(dāng)而且有效的系統(tǒng)調(diào)用地址。因此，系統(tǒng)調(diào)用就是一種在受約束的行為下進入保護核心的“函數(shù)調(diào)用”。因為操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)進程控制和調(diào)度，ysh就需要調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)部的函數(shù)來控制它的子

17、進程。這些函數(shù)叫做系統(tǒng)調(diào)用。在Linux中，我們可以區(qū)分系統(tǒng)調(diào)用和用戶應(yīng)用層次的庫函數(shù)，因為系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)手冊在“幫助”手冊的第二部分，而庫函數(shù)在手冊的第三部分。在Linux中可以通過man命令查詢“幫助”手冊。例如，使用命令man fork會給出手冊第二部分關(guān)于fork系統(tǒng)調(diào)用的描述，而命令man 2 exec會給出exec系統(tǒng)調(diào)用族的描述(2表示手冊的第二部分)。還有很多其他的系統(tǒng)調(diào)用，都可以通過man命令來查閱，你會發(fā)現(xiàn)man是很有用的查閱參考手冊的命令。下面是在實驗中會用到的重要的UNIX系統(tǒng)調(diào)用。l pid_t fork(void)：創(chuàng)建一個新的進程，它是原來進程的一個副本。在fork

18、成功返回后，父進程和子進程都要繼續(xù)執(zhí)行fork后的指令。這兩個進程通過fork的返回值進行區(qū)分，對父進程fork的返回值是子進程的進程號，對子進程的返回值是0。l int execvp(const char*file,char*const argv)：加載一個可執(zhí)行程序到調(diào)用進程的地址空間中，然后執(zhí)行這個程序。如果成功，它就會覆蓋當(dāng)前運行的進程內(nèi)容。有若干個類似的exec系統(tǒng)調(diào)用。l void exit(int status)：退出程序，使調(diào)用進程退出，程序結(jié)束。它把status作為返回值返回父進程，父進程通過wait系統(tǒng)調(diào)用獲得返回值。鏈接器會為每一個程序結(jié)尾鏈接一個exit系統(tǒng)調(diào)用。l i

19、nt wait(int*stat_loc)：如果有退出的子進程，則返回退出的子進程的狀態(tài)；如果沒有任何子進程在運行，則返回錯誤。如果當(dāng)前有子進程正在運行，則函數(shù)會一直阻塞直到有一個子進程退出。l pid_t waitpid(pid_t pid,int*stat_loc,int options)：類似于函數(shù)wait，但允許用戶等待某個進程組的特定進程，并可以設(shè)置等待選項，例如 WNOHANG。l int tcsetpgrp(int fildes,pid_t pgid_id)：將前臺進程組ID設(shè)置為pgid_id，fildes是與控制終端相聯(lián)系的文件描述符。終端通常指標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯誤輸

20、出(文件描述符為0、1、2)。l int setpgid(pid_t pid,pid_t pgid)：把pid進程的進程組ID設(shè)置為pgid。l int dup2(int fildes,int flides2)：把ftildes文件描述符復(fù)制到fildes2。如果fildes2已經(jīng)打開，則先將其關(guān)閉，然后進行復(fù)制，使filedes和fildes2指向同一文件。l int pipe(int fildes2)：創(chuàng)建一個管道，把管道的讀和寫文件描述符放到數(shù)組fildes中。1進程創(chuàng)建使用fork系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建新的進程。fork克隆了調(diào)用進程，兩者之間只有很少的差別。新進程的進程號pid和父進程號ppi

21、d與原來的進程不同。其他不同之處可以查看man手冊得到。fork的返回值是程序中惟一能夠區(qū)別父進程和子進程的地方。fork對父進程返回子進程的進程號，對子進程則返回0。利用這個細小的區(qū)別可以使兩個進程執(zhí)行不同的程序段。wait函數(shù)族允許父進程等待子進程執(zhí)行結(jié)束。在ysh創(chuàng)建一個前臺進程時會用到它。須特別注意的是wait函數(shù)族會在子進程狀態(tài)改變時返回，而不僅僅是在子進程運行結(jié)束或者退出時才返回，其中有些狀態(tài)的變化可以被忽略。在man手冊中有關(guān)于函數(shù)waitpid的參數(shù)說明，其中有WNOHANG和其他一些有用的參數(shù)(WNOHANG指定在沒有子進程退出時，父進程不阻塞等待)。下面的例子介紹創(chuàng)建進程和

22、等待子進程運行結(jié)束。int main(int argc,char*argv) int status； int pid； char*prog_arv4； /*建立參數(shù)表*/ prog_argv0=”/bin/ls”； prog_argv1=”-1”； prog_argv2=”/”； prog_argv3=NULL；/* *為程序ls創(chuàng)建進程*/ if(pid=fork()<0) perror(”Fork failed”)； exit(errno)； if(!pid) /*這是子進程，執(zhí)行程序ls*/ execvp(prog_argv0，prog_argv)；if(pid) /* *這是父進

23、程，等待子進程執(zhí)行結(jié)束 */ waitpid(pid，NULL，0)；shell程序等待子進程執(zhí)行結(jié)束是很重要的。對一個作業(yè)等待子進程發(fā)出信號進行處理可以采用阻塞等待的方式，或是采用非阻塞的方式。盡管在進程死亡時它的許多資源都會被釋放，但是進程控制塊和其他的一些信息還沒有釋放，這種狀態(tài)被稱為defunct。進程控制塊包含了退出的狀態(tài)信息，它可以通過wait函數(shù)族獲得。在wait pid函數(shù)調(diào)用完之后，進程控制塊就被釋放了。如果父進程在子進程之前結(jié)束，那么子進程就會成為init進程的孩子，init進程會等待任何子進程的結(jié)束，釋放進程控制塊。那些已經(jīng)終止，但父進程尚未對其進行狀態(tài)搜集的進程就成為僵

24、尸進程。2exec系統(tǒng)調(diào)用exec函數(shù)族允許當(dāng)前進程執(zhí)行另外一個程序。典型的應(yīng)用是一個程序調(diào)用fork生成自身的一個副本，然后子進程調(diào)用exec執(zhí)行另外一個程序。exec有許多不同形式，它們最終都是調(diào)用內(nèi)核中的同一個函數(shù)，只是它們給用戶提供了更多的調(diào)用形式。調(diào)用exec的進程不是和原來完全不同，而是調(diào)用后進程繼承了原來的父進程標(biāo)識、組標(biāo)識和信號掩碼，但不包括信號處理程序。詳細信息可以查看man手冊。除非產(chǎn)生錯誤，否則exec函數(shù)從來不返回(從此時開始執(zhí)行新的程序代碼)。上面的例子介紹了函數(shù)execvp被系統(tǒng)調(diào)用的使用方法。3. I/0重定向為了實現(xiàn)I/0重定向，需要使用函數(shù)dup2：int d

25、up2(int fiides，int flides2)；每個進程都有一張它所打開的文件描述符表，每個表項包含了文件描述符標(biāo)識和指向系統(tǒng)文件表中相對應(yīng)表項的指針。這個系統(tǒng)文件表是由內(nèi)核維護，它記錄了系統(tǒng)當(dāng)前打開的所有文件的信息，其中包括打開這個文件的進程數(shù)目、文件狀態(tài)標(biāo)志(讀、寫、非阻塞等)、當(dāng)前文件指針、指向該文件inode節(jié)點表項的指針。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到許多非文件類的機制也使用文件接口，只是它們的操作被包裝了。例如很多場合終端也被當(dāng)做文件來操作。默認(rèn)情況下，進程的文件列表中的前三個入口都指向終端：標(biāo)準(zhǔn)輸入（0），標(biāo)準(zhǔn)輸出（1）和標(biāo)準(zhǔn)錯誤輸出（2）。為實現(xiàn)I/O重定向，我們要打開一個文件，并把它的

26、文件描述符入口復(fù)制給標(biāo)準(zhǔn)輸入或者標(biāo)準(zhǔn)輸出(或者標(biāo)準(zhǔn)錯誤輸出)。如果需要在后面恢復(fù)原來的入口項，我們可以事先把它保存在文件列表中別的地方。4信號信號是最簡單的進程間通信(IPC)原語。信號允許一個進程在某一事件發(fā)生時與另一個進程通信。信號的值表明發(fā)生了哪種事件。信號對本實驗來說是很重要的，它們指出了后臺運行的子進程狀態(tài)發(fā)生的變化，比如子進程的正常終止。當(dāng)一個進程接收到一個信號時，它會采取某些動作。許多信號都有默認(rèn)的動作。比如，某些信號默認(rèn)產(chǎn)生core dumps，或者進程自身掛起。我們也可以聲明讓自己的進程處理某個信號。通過聲明一個信號處理程序可以做到這一點。Linux主要有兩個函數(shù)實現(xiàn)對信號的

27、處理，即signal和sigaction。其中signal是庫函數(shù)，在可靠信號系統(tǒng)調(diào)用的基礎(chǔ)上實現(xiàn)。它只有兩個參數(shù)，不支持信號傳遞信息；而sigaction是較新的函數(shù)，有三個參數(shù)，支持信號傳遞信息，同樣支持非實時信號的安裝。函數(shù)sigaction優(yōu)于signal，主要體現(xiàn)在支持信號帶有參數(shù)。1）函數(shù)signal格式#include<signal.h>typedef void (*sighandler_t)(int)；sighandler_t signal(int signum，sighandler_t handler)；參數(shù)說明signum指定信號的值。handler指定針對前面

28、信號值的處理，可以忽略該信號(參數(shù)設(shè)置為SIG-IGN)；可以采用系統(tǒng)默認(rèn)方式處理信號(參數(shù)設(shè)置為SIG_DFL)；也可以自己實現(xiàn)處理方式(參數(shù)指定一個函數(shù)地址)。如果signal調(diào)用成功，返回最后一次為安裝信號signum而調(diào)用signal時的handler值；失敗則返回SIG_ERR。2)函數(shù)sigaction梧式#include<signal.h>int sigaction(int signum，const struct sigaction*act,struct sigaction *oldact)；參數(shù)說明sigaction函數(shù)用于改變進程接收到特定信號后的行為。signu

29、m為信號的值，可以為除SIGKILL及SIGSTOP外的任何一個特定有效的信號(為這兩個信號定義自己的處理函數(shù)，將導(dǎo)致錯誤)。act是指向結(jié)構(gòu)sigaction的一個實例的指針，在結(jié)構(gòu)sigaction的實例中，指定了對特定信號的處理，可以為空，進程會以默認(rèn)方式對信號處理。這個參數(shù)最為重要，其中包含了對指定信號的處理、信號所傳遞的信息、信號處理函數(shù)執(zhí)行過程中應(yīng)屏蔽哪些函數(shù)。oldact是指向的對象用來保存原來對相應(yīng)信號的處理，可指定oldact為NULL。如果把signum和act都設(shè)置為NULL，那么該函數(shù)可用于檢查信號的有效性。sigact i on結(jié)構(gòu)定義 struct sigactio

30、n void(*sa_handler)(int)； void(*sa_sigaction)(int，siginfo_t*，void*)； sigset_t sa_mask； unsigned long sa_flags； void(*sa_restorer)(void)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的兩個元素sa_hanlder和sa_sigaction是指定信號關(guān)聯(lián)函數(shù)。除了可以是用戶自定義的處理函數(shù)外，還可以為SIGDFL（采用默認(rèn)的處理方式），也可以為SIG_DFL(忽略信號)參數(shù)說明sa_handler：由它指定的處理函數(shù)只有一個參數(shù)，即信號值，所以信號不能傳遞除信號值之外的任何信息sa_sigacti

31、on：由它指定的信號處理函數(shù)帶有三個參數(shù)，是為實時信號而設(shè)的(當(dāng)然同樣支持非實時信號)，這個信號處理函數(shù)的第一個參數(shù)（int）為信號值，第三個參數(shù)（void*）沒有使用(POSIX標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)范使用該參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn))，第二個參數(shù)(siginfo_t* )是指向siginfo_t結(jié)構(gòu)的指針，結(jié)構(gòu)中包含信號攜帶的數(shù)據(jù)值，參數(shù)所指向的結(jié)構(gòu)如下：siginfo_t int si_signo； /*信號值*/ int si_errno； int si_code； pid_t si_pid；/*發(fā)送信號的進程ID/ uid_t si_uid； int si_status；clock_t si_utime

32、60;clock_t si_stime sigval_t si_value int si_int void* si_ptr void* si_addr int si_band int si_fd sa_mask：指定在信號處理程序執(zhí)行過程中，哪些信號應(yīng)當(dāng)屏蔽，如果不指定SA_NODEFER或者SA_NOMASK標(biāo)志位，默認(rèn)情況下則屏蔽當(dāng)前信號，防止信號的嵌套發(fā)送。sa_flags :其中包含了許多標(biāo)志位，包括前面提到的SA_NODEFER及SA_NOMASK標(biāo)志位。另一個比較重要的標(biāo)志位是SA_SIGNFO,當(dāng)設(shè)定

33、了該標(biāo)志位時，表示信號附帶的參數(shù)可以被傳遞到信號處理函數(shù)中，因此，應(yīng)該為sigaction結(jié)構(gòu)中的sa_sigaction指定處理函數(shù)，而不是為sa_handler指定信號處理函數(shù)，否則設(shè)置該標(biāo)志無意義。即使為sa_sigaction指定了信號處理函數(shù)，如果不設(shè)置SA_SIGNFO,信號處理函數(shù)同樣不能得到信號傳遞過來的數(shù)據(jù)，在信號處理函數(shù)中對這些信息的訪問都將導(dǎo)致段錯誤（Segment fault）。sa_restorer ：現(xiàn)在已經(jīng)不是用了，POSIX標(biāo)準(zhǔn)中并未定義它。下面是一個信號處理程序的例子：void ChildHandler (int sig,siginfo_t*sip,

34、 void*notused) int status;printf ( “The process generating the signal is PID:%dn”，sip->si-pid)；fflush(stdout)； status=0； /*WNOHANG標(biāo)識如果沒有子進程退出，就不等待*/ if(sip->si_pid=waitpid(sip->si_pid，&status，WNOHANG) /*SIGCHLD并不意味著子進程執(zhí)行結(jié)束*/ i f(WIFEXITED(status)|WTERMSIG(status) printf(“The child

35、is gonen”)；/*子進程退出*/else printf (“Uninterestingn”)； /*alive*/else printf (“Uninterestingn”)； int main() struct sigaction action;action.sa_sigaction=ChildHandler; /*注冊信號處理函數(shù)*/sigfillset(&action.sa_mask);action.sa_flags=SA_SIGINFO; /*向處理函數(shù)傳遞信息*/sigaction(SIGCHLD，&action,NULL;fork();while(1) pr

36、intf(“PID：dn”,getpid(); sleep(1);5.管道將一個程序或命令的輸出作為另一個程序或命令的輸入，有兩種方法，一種是通過一個臨時文件將兩個命令或程序結(jié)合在一起，這種方法由于需要臨時文件而顯得很累贅；另一種是Linux所提供的管道功能，這種方法比前一種方法好。管道是更加復(fù)雜的IPC(進程間通信)工具，它允許數(shù)據(jù)從一個進程向另一個進程單向地流動。管道實際上是利用文件系統(tǒng)中的循環(huán)緩沖區(qū)。我們以生產(chǎn)者消費者模式來使用它，寫進程相當(dāng)于生產(chǎn)者，而讀進程相當(dāng)于消費者。一個進程向管道寫數(shù)據(jù)，如果緩沖區(qū)寫滿了，則阻塞寫進程。另一個進程從管道中讀數(shù)據(jù)，如果管道為空，則讀進程阻塞。當(dāng)寫進程

37、關(guān)閉了管道或者該進程死掉時，讀進程就會失敗。如果讀進程關(guān)閉管道或者該進程死掉時，寫進程就會失敗。下面說明管道如何工作。我們在父進程中使用pipe系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個管道，系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)是包含兩個文件描述符數(shù)組：pfd0和pfd1。(1)和文件描述符一樣，使用pfd0作為管道輸入描述符，使用pfd1作為管道輸出描述符。(2)fork產(chǎn)生子進程。(3)現(xiàn)在父進程和子進程都共享了管道文件描述符。每個進程都關(guān)閉管道的一端(至于哪一端則取決于誰作為讀進程，誰作為寫進程)。(4)每個進程使用dup2把打開的管道描述符復(fù)制給標(biāo)準(zhǔn)輸入或者標(biāo)準(zhǔn)輸出，然后關(guān)閉管道描述符(如果后面還要恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)輸入或者標(biāo)準(zhǔn)輸出，則要把它

38、們事先保留起來)。(5)現(xiàn)在兩個進程可以使用管道通過標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出進行通信了。如果我們在fork和exec之間完成這些動作，那么可以將進程通過管道連接起來。下面是一個管道的例子：int main(int argc，char*argv) int status； int pid2； int pipe_fd2；char*progl_argv4；char*prog2_argv2；/*建立參數(shù)表*/progl_argv0=”*/usr/local/bin/ls”；progl_argv1=”1”；progl_argv2=”/”；progl_argv3NULL；prog2_argv0=”/usr/bin

39、/more”；prog2_argv1=NULL；/*創(chuàng)建管道*/if(pipe(pipe_fd)<0) perror(”pipe failed”)； exit(errno)；/*為ls命令創(chuàng)建進程*/i f(pid0=fork()<0) perror(”Fork failed”)； exit(errno)；if(!pid0) /*將管道的寫描述符復(fù)制給標(biāo)準(zhǔn)輸出，然后關(guān)閉*/close(pipe_fd0)；dup2(pipe_fd1，1)；close(pipe_fd1)；/*執(zhí)行l(wèi)s命令*/execvp(proglargv0，progl_argv)；if(pid0) /*父進程*/

40、/*為命令more創(chuàng)建子進程*/ if(pid1=fork()<0)perror(“Fork failed”);exit(errno);if(!pid1) /*在子進程*/ /*將管道的讀描述符復(fù)制給標(biāo)準(zhǔn)輸入*/ close(pipe_fd1)； dup2(pipe_fd0，0)； close(pipe_fd0)； /*執(zhí)行more命令*/ execvp(prog2一argv0，prog2_argv)；/*父進程*/close(pipe_fd0)；close(pipe_fd1)；waitpid(pid1，&status，0)；printf(”Done waiting for mo

41、re.n”)；6.進程組、會話和進程組、會話和作業(yè)控制當(dāng)用戶登錄操作系統(tǒng)以后，操作系統(tǒng)為會話（sesson）分配一個終端。會話是指進程運行的環(huán)境，即與進程相關(guān)的控制終端。shell被分配到前臺的進程組中。進程組是指若干個相關(guān)進程的集合它們通常是通過管道連接的。一個終端至多能與一個進程組相關(guān)聯(lián)。前臺進程組是會話中能夠訪問控制終端的進程組。因為每個會話只有一個控制終端，所以只存在一個前臺進程組。前臺進程組中的進程可以訪問標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出。這也意味著組合鍵會使控制終端把產(chǎn)生的信號發(fā)送給前臺進程組中的所有進程；在Ctrl+C的操作下信號SIGINT會發(fā)送給前臺的每一個進程；在Crtl+Z的操作下信號

42、SIGTSTP會發(fā)送給前臺的每一個進程。這些組合鍵不會顯示在終端上。同時還存在著后臺進程組，它們不能訪問會話中控制終端的進程組。因為它們不能訪問控制終端，所以不能進行終端的I/O操作。如果一個后臺進程組試圖與控制終端交互，則產(chǎn)生SIGTTOU或者SIGTTIN信號。默認(rèn)情況下，這些信號像SIGTSTP一樣會掛起進程。ysh必須處理其子進程中發(fā)生的這些變化。進程可以使用函數(shù)setpgid，使其加入到某一進程組中。進程組ID是以組長的進程ID命名的。進程組長是創(chuàng)建該組的第一個進程，用它的進程號作為進程組的組號。進程組長死后進程組仍然可以存在。一個進程組可以使用函數(shù)tcsetpgrp成為前臺進程組。

43、這個函數(shù)調(diào)用使指定的進程組成為前臺進程組，這不僅會影響到組本身也會影響到該組的任何一個子進程。如果進程調(diào)用函數(shù)setsid創(chuàng)建了一個新的會話，那么它就成為了會話組長和進程組組長。對于一個要與終端交互的新會話來說，必須為它分配一個新的終端。由于是在系統(tǒng)shell(csh、sh、bash等)下執(zhí)行ysh，這會使ysh代替原來的shell，成為前臺進程組中的惟一進程。讓某個進程組成為前臺進程組，不僅保證它能夠與控制終端保持聯(lián)系，還保證了前臺進程組中的每一個進程都能從終端接收到控制信號，如SIGTSTP。簡單的方法是，把所有的子進程放在同一個進程組中，在創(chuàng)建它們時屏蔽SIGTSTP信號，這樣只有she

44、ll才能接收到這個信號，然后shell發(fā)出與SIGTSTP作用相同的(但沒有屏蔽的)SIGSTOP信號給某個子進程。這種辦法在某些時候會使程序運行失敗，比如在自己的ysh中再次運行ysh，但這種辦法對于本實驗來說是不涉及的。下面是一個進程組的例子：#include<stdio.h>#include<signal.h>#include<stddef.h>#include<sys/wait.h>#include<sys/ioctl.h>#include<sys/termios.h>/*本程序體現(xiàn)了函數(shù)tcsetgrp和setp

45、grp的用法，但沒處理SIGTTIN、SIGTTOU信號*/int main() int status； int cpid； int ppid； char buf256； sigset_t blocked；ppid=getpid()；if (!(cpid=fork() setpgid(0，0)； tcsetpgrp (0， getpid()； execl (“/bin/vi”，”vi”，NULL)； exit (1)； if(cpid<0) exit(1)；setpgid(cpid，cpid)； /*設(shè)置進程組*/tcsetpgrp(0，cpid)； /*設(shè)置控制終端為子進程擁有*/wa

46、itpid(cpid，NULL，0)；tcsetpgrp(0，ppid)jwhile(1) memset(buf，0，256)； fgets(buf，256，stdin)； puts(”ECHO：”)； puts(buf)； puts(”n”)；1.4實驗環(huán)境本實驗的程序用C語言編寫，使用makefile文件編譯整個程序，生成一個名為ysh可執(zhí)行程序，在終端輸入“./ysh”即可執(zhí)行。makefile文件的內(nèi)容如下：ysh： ysh.ccc ysh.co ysh1.5程序的實現(xiàn)1.5.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在這個程序中，我們用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要有循環(huán)數(shù)組和鏈表。1循環(huán)數(shù)組在history命令中，用數(shù)組來存放

47、我們輸入過的歷史命令。假設(shè)我們設(shè)定一個能夠記錄12條歷史紀(jì)錄的數(shù)組如圖5.2所示。數(shù)組的定義如下： typedef struct ENV_HISTROY int start=0； int end=0； char his_cmd12100； ENV_HISTORY； ENV_HISTORY envhis：可以看到，每個his_cmdi對應(yīng)圖中一塊圓環(huán)(end不一定為12)，一共12塊，能存放十二條命令。當(dāng)用戶輸入一命令時，只須執(zhí)行如下語句即可將輸入命令存放進相應(yīng)數(shù)組中：envhis.end=envhisend+l；strcpy(his_cmdenvhis.end，input)。但是還需要考慮如圖

48、5.3所示的情況 在這種情況下，end=12，當(dāng)我們在輸入一條命令時，如果還是用上述兩條命令進行處理end=end+l，則end=13就會出錯。所以應(yīng)對程序進一步修改：envhis.end=(envhis.end+1)%12；if(envhis.end=envhis.start) envhis.start=(envhis.start+1)12；strcpy(envhis.his_cmdenvhisend，input)；經(jīng)過這樣的處理，就可以達到循環(huán)的目的了2鏈表由于我們把作業(yè)以鏈表的形式保存起來，所以在處理jobs命令時，實際上就是對鏈表的操作。 首先定義鏈表的節(jié)點：typedef struc

49、t NODE(pid_t pid；/*進程號*/char cmd100；/*命令名*/char state10； /*作業(yè)狀態(tài)*/struct NODE 1ink；/*下一節(jié)點指針*/ )NODE；NODE*head，*end；head指針指向鏈表表頭，end指針指向鏈表尾 1.5.2程序結(jié)構(gòu)在shell命令里，我們將ysh中的命令分成4種：普通命令，重定向命令，管道命令和內(nèi)部命令。這4種命令的分析和執(zhí)行各有不同，每一種命令的分析執(zhí)行程序都應(yīng)包括：初始化環(huán)境，打印提示符，獲取用戶輸入的命令，解析命令，尋找命令文件和執(zhí)行命令幾個步驟，具體程序流程如圖5.4所示。1初始化環(huán)境程序一開始，需要對一些

50、環(huán)境變量進行初始化。比如將查找路徑放入envpath中，初始化history和jobs的頭尾指針等。這部分工作在程序中由函數(shù)init_environ來完成。void init_environ() int fd，n，i； char buf8 0； if(fd=open(”ysh_profile”，O_RDONLY，660)=-1) printf(”init environ variable errorn”)； exit(1)； while(n=getline(fd，buf) getenviron(n，buf)； envhis.start=0； envhis.end=0； head=end=NUL

51、L；可以看到這個函數(shù)打開一個名為ysh_profile的文件，它是我們定義的配置文件。然后調(diào)用了另外兩個函數(shù)getline(fd，buf)和getenviron(n，buf)。getline(fd，buf)的作用是讀取一行的信息到buf中。getenviron(n，buf)的作用是將getline(fd，buf)讀到buf中的信息以冒號分開，分別放于envpath中(見ysh.h中的定義)，為后面查找命令做準(zhǔn)備。這樣命令查找的準(zhǔn)備工作就做好了。接下來函數(shù)返回到函數(shù)init_environ。接下來的語句將envhis.start和envhis.end置0。這兩條語句的作用是初始化保存histor

52、y命令鏈表的頭尾指針。而語句head=end=NULL是初始化保存jobs命令鏈表的頭尾指針。至此，程序的初始化工作基本完成。接下來就進入一個while循環(huán)，就和一般的shell一樣，當(dāng)一個命令執(zhí)行完或放到后臺后，shell就可獲取新的用戶輸入命令。2解析命令在這里對讀到input數(shù)組中的命令進行分析，以獲取命令和參數(shù)。ysh中的命令分成4種：普通命令，重定向命令，管道命令和內(nèi)部命令。我們對管道和重定向命令單獨處理。 for(i=0，j=0，k=0；i<=input_len；i+) i f(inputi=<| inputi=>| inputi=|) if(inputi=|) pipel(input，input_len)； add_history(input); free(input); else redirect(input，input_len); add_history(input); free(input); is_pr=l; break; 該for循環(huán)就把帶“>”、“<和|符號的管道和重定向命令單獨處理。同時把is_pr這個管道和重定向命令的標(biāo)志置l。然后分別調(diào)用redirect(input，inpuuen)和pipel(input, input_len)兩個函數(shù)來處理這兩類命令。這兩個函數(shù)在后面會討論。對于