進程管理相關的系統調用之三
雷鎮 (
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這是本專欄中進程相關的系統調用的最後一篇，用2個實例演示了以往學習的內容。其一是Mini Shell，仿常用的Bash而做，但對其作了大大簡化；其二是一個Daemon程序，可以使讀者一窺服務器編程的端倪。
1.13 Shell
對Linux不是太陌生的讀者都應該對Shell有一定的了解，就是這個程序在我們登陸後自動執行，打印出一個$符號，然後等待我們輸入命令。Linux下最常用的Shell應用程序是Bash，絕大部分Linux發行版默認安裝的都是它。下面我們也來親手編寫一個Shell程序，這個Shell遠遠不如Bash復雜，但也能滿足我們一般的使用，下面，我們就開始。
首先，給這個Shell取一個名字，不妨就叫做Mini Shell。
Linux系統的命令分為內部命令和外部命令兩種，內部命令由Shell程序實現，如cd、echo等，Linux的內部命令數量有限，而且絕大部分都很少用到。而每一個Linux外部命令都是一個單獨的應用程序，我們非常熟悉的ls、cp等絕大多數命令都是外部命令，這些命令都以可執行文件的形式存在，絕大部分放在目錄/bin和/sbin中。這樣一來，我們編程的難度就可以大大下降了，我們只需要實現很有限的內部命令，對於其它的輸入，統統當作應用程序來執行即可。
為了簡單明了起見，Mini Shell只實現了2個內部命令：
1、cd 用於切換目錄，和我們熟悉的命令cd類似，除了沒有那麼多的附加功能。
2、quit 用於退出Mini Shell。
下面是程序清單：
1: /* mshell.c */
2: #include
1: #include
3: #include
4: #include
5: #include
6: #include
7:
9: void do_cd(char *argv[]);
10: void execute_new(char *argv[]);
11:
12: main()
13: {
14: char *cmd=(void *)malloc(256*sizeof(char));
15: char *cmd_arg[10];
16: int cmdlen,i,j,tag;
17:
18: do{
19: /* 初始化cmd */
20: for(i=0;i<255;i++) cmd[i]='\0';
21:
22: printf("-=Mini Shell=-* ");
23: fgets(cmd,256,stdin);
24:
25: cmdlen=strlen(cmd);
26: cmdlen--;
27: cmd[cmdlen]='\0';
28:
29： /* 把命令行分解為指針數組cmd_arg */
30： for(i=0;i<10;i++) cmd_arg[i]=NULL;
31： i=0; j=0; tag=0;
32： while(i
64：
65： /* 實現cd的功能 */
66： void do_cd(char *argv[])
67： {
68： if(argv[1]!=NULL){
69： if(chdir(argv[1])<0)
70： switch(errno){
71： case ENOENT:
72： printf("DirectorY NOT FOUND\n");
73： break;
74： case ENOTDIR:
75： printf("NOT A DIRECTORY NAME\n");
76： break;
77： case EACCES:
78： printf("YOU DO NOT HAVE RIGHT TO Access\n");
79： break;
80： default:
81： printf("SOME ERROR HAPPENED IN CHDIR\n");
82： }
83： }
84：
85： }
86：
87： /* 執行外部命令或應用程序 */
88： void execute_new(char *argv[])
89： {
90： pid_t pid;
91：
92： pid=fork();
93： if(pid<0){
94： printf("SOME ERROR HAPPENED IN FORK\n");
95： exit(2);
96： }else if(pid==0){
97： if(execvp(argv[0],argv)<0)
98： switch(errno){
99： case ENOENT:
100： printf("COMMAND OR FILENAME NOT FOUND\n");
101： break;
102： case EACCES:
103： printf("YOU DO NOT HAVE RIGHT TO ACCESS\n");
104： break;
105： default:
106： printf("SOME ERROR HAPPENED IN EXEC\n");
107： }
108： exit(3);
109： }else
110： wait(NULL);
111： }
這個程序稍稍有點長，我們來對它作一下詳細的解釋：
函數main：
14行：定義字符串cmd，用於接收用戶輸入的命令行。
15行：定義指針數組cmd_arg，它的形式和作用都與我們熟悉的char *argv[]一樣。
從以上2個定義可以看出Mini Shell對命令輸入的2個限制：首先，用戶輸入的命令行必須在255個字符之內（除去字符串結束標志'\0'）；其次，命令行的參數個數不得超過10個（包括命令本身在內）。
18行：進入一個do-while循環，這個循環是本程序的主體部分，基本思想是"等待輸入命令--處理已輸入命令--等待輸入命令"。
22行：打印輸入提示信息。在Mini Shell中，你可以隨意定自己喜歡的命令輸入提示信息，本程序中使用了"-=Mini Shell=-* "，是不是有點像一個CS高手？如果不喜歡，你可以用任意的字符替換它。
23行：接收用戶輸入。
25-27行：fgets接受輸入時，會將輸入字符串時末尾的換行符（"\n"）一起接受，這是我們不需要的，所以要把它去掉。本程序中簡單的用字符串結束標志'\0'覆蓋了字符串cmd的最後一個字符來實現這個目的。
30行：初始化指針數組cmd_arg。
32-42行：對輸入進行分析，將cmd中參數間的空格用'\0'填充，並把各參數的起始地址分別賦與cmd_arg數組。這樣就把cmd分解成了cmd_arg，但分解後的各命令參數仍然使用著cmd的內存空間，所以在命令執行結束前不宜對cmd另外賦值。
45行：如果還未分析到輸入字符串的末尾（i =10），就認為輸入的命令行超出了10個參數的限制，打印錯誤並重新接收命令。
51-52行：內部命令quit：字符串cmd_arg[0]就是命令本身，如果命令是quit，則退出循環，也就等於退出該程序。
55-58行：內部命令cd：調用函數do_cd()完成cd命令的動作。
61行：對於其它的外部命令和應用程序，調用函數execute_new()執行。
函數do_cd：
68行：僅僅考慮緊跟在命令後面的參數argv[1]，而不再考慮其它的參數。如果這個參數存在，就把它作為要轉換的目錄。
69行：調用系統調用chdir切換當前目錄，參見附錄1。
70-82行：對chdir可能出現的錯誤進行處理。
函數execute_new：
92行：調用系統調用fork產生新的子進程。
93行：如果返回負值，說明fork調用出現錯誤。
96行：如果返回0，說明當前進程是子進程。
97行：調用execvp執行新的應用程序，並檢測調用是否出錯（返回負值）。這裡使用execvp的原因是它可以自動在各默認目錄裡尋找目標應用程序的位置，而不必我們自己編程實現。
98-107行：對execvp可能出現的錯誤進程處理。
108行：如果execvp的執行出現錯誤，子進程在這裡終止。表面上看起來，這個exit是接著97行的錯誤判斷的下一行語句，而非if語句的一部分，似乎無論調用execvp成功與否都會接著執行exit。但事實上，如果execvp調用成功的話，這個進程將會被新的程序代碼填充，因而根本不可能執行到這一行。反之，如果執行到了這一行，說明前面的execvp調用一定出現了錯誤。這樣的效果和exit被包含在if語句中的效果是完全一樣的。
109行：如果fork返回其它值，說明當前進程是父進程。
110行：調用系統調用wait。wait在這裡有兩個作用：
使父進程在此暫停，等待子進程執行完畢。這樣，就可以等子進程的所有信息全部輸出完畢後才打印命令提示符，等待下一條命令的輸入，從而避免了命令提示符和應用程序輸出混雜在一起的現象。
收集子進程退出後留下的僵屍進程。可能有讀者一直對這個問題存有疑問--"我們編程生成的子進程由我們自己設計的父進程負責收集，但我們手動執行的這個父進程由誰收集呢？"現在大家應該明白了，我們從命令行執行的所有進程最後都是由shell收集的。
關於Mini Shell的編譯和運行，這裡就不再敷述了，有興趣的讀者可以自行動手實驗，或者對這個程序進行改進，使之更接近甚至超過我們正使用的Bash。
1.14 daemon進
98-107行：對execvp可能出現的錯誤進程處理。
108行：如果execvp的執行出現錯誤，子進程在這裡終止。表面上看起來，這個exit是接著97行的錯誤判斷的下一行語句，而非if語句的一部分，似乎無論調用execvp成功與否都會接著執行exit。但事實上，如果execvp調用成功的話，這個進程將會被新的程序代碼填充，因而根本不可能執行到這一行。反之，如果執行到了這一行，說明前面的execvp調用一定出現了錯誤。這樣的效果和exit被包含在if語句中的效果是完全一樣的。
109行：如果fork返回其它值，說明當前進程是父進程。
110行：調用系統調用wait。wait在這裡有兩個作用：
使父進程在此暫停，等待子進程執行完畢。這樣，就可以等子進程的所有信息全部輸出完畢後才打印命令提示符，等待下一條命令的輸入，從而避免了命令提示符和應用程序輸出混雜在一起的現象。
收集子進程退出後留下的僵屍進程。可能有讀者一直對這個問題存有疑問--"我們編程生成的子進程由我們自己設計的父進程負責收集，但我們手動執行的這個父進程由誰收集呢？"現在大家應該明白了，我們從命令行執行的所有進程最後都是由shell收集的。
關於Mini Shell的編譯和運行，這裡就不再敷述了，有興趣的讀者可以自行動手實驗，或者對這個程序進行改進，使之更接近甚至超過我們正使用的Bash。
1.14 daemon進
