2018-2019-1 20189205《Linux内核原理与分析》第七周作业

进程的描述与进程的创建

编程实现一个一个具有执行命令功能的shell

主要思路是通过利用exec函数族来实现用户输入的命令，但是调用exec函数族将会覆盖源程序，因此需要先使用fork()函数生成子进程，在子进程中调用exec函数族，而父进程则使用wait()函数等待子进程完成。
本程序使用的exec函数是execve()，函数原型为int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ]);：

• 第一个参数filename存储的是执行命令的可执行文件，由于shell中命令的执行文件是存储在/bin/目录下，因此只需在字符串"/bin/"后拼接上输入的命令；
• 第二个参数argv[ ]类型为char * const，存储的是命令的各个参数，生成时把用户输入的命令中的各个参数存储在一个字符串数组中，将argv参数指向各个字符串，最后以NULL结尾；
• 第三个参数envp[ ]存储的则是传递给执行文件的新环境变量数组，直接定义为环境变量PATH。
  程序代码如下：

//myshell.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <sys/types.h>

int main ()
{
    pid_t pid;
    int status = -1 ,flag =0,i=0,len=0,n=0,m=0;
    char code[80],s_code[20][20];
    char file[30]="/bin/";
    char* argv[80];         //存储命令的参数 
    char* envp[ ]={"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin",0};//存储PATH 
    
    while (flag == 0)
    {
        printf("9205-myshell:/$ ");
        fgets(code,80,stdin);   //读取命令 
        if (code[0]=='e' && code[1]=='x' && code[2]== 'i' && code[3]== 't' ) flag = 1;  //如果命令是exit则退出程序 
        else
        {    
            //shell
            pid = fork();
            if (pid < 0) printf("error1!!");    //分化进程错误 
            else if (pid > 0)   //父进程 
            {
                wait(&status);  //父进程等待子进程完成 
            }
            else if(pid==0)     //子进程 
            {
                //将命令中的各个参数存储进 argv
                while (code[i] !='\n' )
                {
                    if (code[i]!=' ') 
                    {
                        s_code[m][n]=code[i];
                        n++;
                    }
                    else 
                    {
                        s_code[m][n]='\0';
                        argv[m]=s_code[m];
                        m++;
                        n=0;
                    }
                    i++;
                }
                    s_code[m][n]='\0';
                    argv[m]=s_code[m];
                    m++;
                    n=0;
                    argv[m]=(char *)0;

                //构成filename
                strcat(file,s_code[0]);
                
                //执行命令 
                execve(file, argv, envp);
                
                //若执行到以下步骤则调用命令时发生错误 
                printf ("error2!!");
                exit(0);
            }
        }
        
    }
    return 0;
}

程序执行效果如下图所示：

学习测试wait()、waitpid()函数

wait( )函数
其函数功能为等待子进程中断或结束，函数原型为pid_t wait (int * status);。
其参数 status 是一个整形指针。如果status不是一个空指针,则终止进程的终止状态将存储在该指针所指向的内存单元中。如果不关心终止状态,可以将 status参数设置为NULL。以下有几个宏可判别status中存储的结束情况:

• WIFEXITED(status)如果若为正常结束子进程返回的状态，则为真；对于这种情况可执行WEXITSTATUS(status)，取子进程传给exit或_eixt的低8位。
• WEXITSTATUS(status)取得子进程 exit()返回的结束代码,一般会先用 WIFEXITED 来判断是否正常结束才能使用此宏。
• WIFSIGNALED(status)若为异常结束子进程返回的状态，则为真；对于这种情况可执行WTERMSIG(status)，取使子进程结束的信号编号。
• WTERMSIG(status) 取得子进程因信号而中止的信号代码,一般会先用 WIFSIGNALED 来判断后才使用此宏。
• WIFSTOPPED(status) 若为当前暂停子进程返回的状态，则为真；对于这种情况可执行WSTOPSIG(status)，取使子进程暂停的信号编号。
• WSTOPSIG(status) 取得引发子进程暂停的信号代码,一般会先用 WIFSTOPPED 来判断后才使用此宏。

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。
  wait( )函数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。

waitpid()函数
其函数功能为：暂时停止目前进程的执行，直到有信号来到或子进程结束。与wait( )函数相似但功能比其更加强大。
其函数原型为pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options);；
第一个参数pid为欲等待的子进程识别码，其数值意义如下:

• pid<-1 等待进程组识别码为 pid 绝对值的任何子进程。
• pid=-1 等待任何子进程,相当于 wait()。
• pid=0 等待进程组识别码与目前进程相同的任何子进程。
• pid>0 等待任何子进程识别码为 pid 的子进程。
  第二个参数status将存储子进程的终止状态。
  第三个参数options提供了一些额外的选项来控制waitpid，参数 option 可以为 0 或可以用"|"运算符把它们连接起来使用，其选项包括如下：
  WNOHANG 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若结束，则返回该子进程的ID。
  WUNTRACED 若子进程进入暂停状态，则马上返回，但子进程的结束状态不予以理会。
  WIFSTOPPED(status)宏确定返回值是否对应与一个暂停子进程。
  waitpid( )函数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。

测试程序
包括了使用了wait( )函数的wait测试程序和没事用函数的sleep对比程序，以对照查看wait( )函数的运行结果。

//wait测试程序
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    int num1,num2,status=0;
    
    //在无子进程的状态下执行wait() 
    num1=wait(&status);
    printf("the wait1:%d\n",num1);

    pid = fork();
    if (pid < 0) printf("error 1!!");
    else if (pid == 0)  //子进程 
    {
        int i;
        printf("i an the son | the pid:%d | the parents pid:%d\n",getpid(),getppid());
        for (i=0; i<5 ;i++) //子进程sleep 
        {
            sleep(1);
            printf ("sleep-----%d\n",i);
        }
    }
    else if (pid > 0)  //父进程
    {
        num2=wait(&status); //父进程wait() 
        printf ("i am the parents | the pid:%d | the wait2:%d\n",getpid(),num2);
    }

    return 0;
}

//对比sleep程序
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    int num1,num2,status=0;

    pid = fork();
    if (pid < 0) printf("error 1!!");
    else if (pid == 0)  //子进程
    {
        int i;
        printf("i an the son | the pid:%d | the parents pid:%d\n",getpid(),getppid());
        for (i=0; i<5 ;i++)
        {
            sleep(1);
            printf ("sleep-----%d\n",i);
        }
    }
    else if (pid > 0)  //父进程
    {
        printf ("i am the parents | the pid:%d \n",getpid());
    }

    return 0;
}

运行结果如图所示：