這里將介紹 exec 函數(shù)家族。即以下函數(shù)：
execl
execv
execle
execve
execlp
execvp
為了滿足需要，我們將使用 execvp，它的簽名看起來像這樣：
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
函數(shù)名中的 vp 表明：它接受一個(gè)文件名，將在系統(tǒng) $PATH 變量中搜索此文件名，它還接受將要執(zhí)行的一組參數(shù)。
你可以閱讀 exec 的 man 頁面 以得到其它函數(shù)的更多信息。讓我們看一下以下代碼，它執(zhí)行命令 ls -l -h -a：
execvp.c
#include <unistd.h>
int main() {
char *argv[] = {"ls", "-l", "-h", "-a", NULL};
execvp(argv[0], argv);
return 0;
}
#include <unistd.h>
int main() {
char *argv[] = {"ls", "-l", "-h", "-a", NULL};
execvp(argv[0], argv);
return 0;
}
關(guān)于 execvp 函數(shù)，有幾點(diǎn)需要注意：
個(gè)參數(shù)是命令名。
它將當(dāng)前進(jìn)程的映像交換為被執(zhí)行的命令的映像，后面再展開說明。
如果你編譯并執(zhí)行上面的代碼，你會(huì)看到類似于下面的輸出：
total 32 drwxr-xr-x 5 dhanush staff 170B Jun 11 11:32 . drwxr-xr-x 4 dhanush staff 136B Jun 11 11:30 .. -rwxr-xr-x 1 dhanush staff 8.7K Jun 11 11:32 a.out drwxr-xr-x 3 dhanush staff 102B Jun 11 11:32 a.out.dSYM -rw-r--r-- 1 dhanush staff 130B Jun 11 11:32
total 32 drwxr-xr-x 5 dhanush staff 170B Jun 11 11:32 . drwxr-xr-x 4 dhanush staff 136B Jun 11 11:30 .. -rwxr-xr-x 1 dhanush staff 8.7K Jun 11 11:32 a.out drwxr-xr-x 3 dhanush staff 102B Jun 11 11:32 a.out.dSYM -rw-r--r-- 1 dhanush staff 130B Jun 11 11:32
它和你在你的主 shell 中手動(dòng)執(zhí)行l(wèi)s -l -h -a的結(jié)果完全相同。
既然我們能執(zhí)行命令了，我們需要使用在部分中學(xué)到的fork 系統(tǒng)調(diào)用構(gòu)建有用的東西。事實(shí)上我們要做到以下這些：當(dāng)用戶輸入時(shí)接受命令。
調(diào)用 fork 以創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程。
在子進(jìn)程中執(zhí)行命令，同時(shí)父進(jìn)程等待命令完成。
回到步。
我們看看下面的函數(shù)，它接收一個(gè)字符串作為輸入。我們使用庫函數(shù) strtok 以空格分割該字符串，然后返回一個(gè)字符串?dāng)?shù)組，數(shù)組也用 NULL來終結(jié)。
include <stdlib.h>
#include <string.h>
char **get_input(char *input) {
char **command = malloc(8 * sizeof(char *));
char *separator = " ";
char *parsed;
int index = 0;
parsed = strtok(input, separator);
while (parsed != NULL) {
command[index] = parsed;
index++;
parsed = strtok(NULL, separator);
}
command[index] = NULL;
return command;
}
include <stdlib.h>
#include <string.h>
char **get_input(char *input) {
char **command = malloc(8 * sizeof(char *));
char *separator = " ";
char *parsed;
int index = 0;
parsed = strtok(input, separator);
while (parsed != NULL) {
command[index] = parsed;
index++;
parsed = strtok(NULL, separator);
}
command[index] = NULL;
return command;
}
如果該函數(shù)的輸入是字符串 "ls -l -h -a"，那么函數(shù)將會(huì)創(chuàng)建這樣形式的一個(gè)數(shù)組：["ls", "-l", "-h", "-a", NULL]，并且返回指向此隊(duì)列的指針。
現(xiàn)在，我們在主函數(shù)中調(diào)用 readline 來讀取用戶的輸入，并將它傳給我們剛剛在上面定義的 get_input。一旦輸入被解析，我們在子進(jìn)程中調(diào)用 fork 和 execvp。在研究代碼以前，看一下下面的圖片，先理解 execvp 的含義：
當(dāng) fork 命令完成后，子進(jìn)程是父進(jìn)程的一份精確的拷貝。然而，當(dāng)我們調(diào)用 execvp 時(shí)，它將當(dāng)前程序替換為在參數(shù)中傳遞給它的程序。這意味著，雖然進(jìn)程的當(dāng)前文本、數(shù)據(jù)、堆棧段被替換了，進(jìn)程 id 仍保持不變，但程序完全被覆蓋了。如果調(diào)用成功了，那么 execvp 將不會(huì)返回，并且子進(jìn)程中在這之后的任何代碼都不會(huì)被執(zhí)行。這里是主函數(shù)：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <readline/readline.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
char **command;
char *input;
pid_t child_pid;
int stat_loc;
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
child_pid = fork();
if (child_pid == 0) {
/* Never returns if the call is successful */
execvp(command[0], command);
printf("This won't be printed if execvp is successuln");
} else {
waitpid(child_pid, &stat_loc, WUNTRACED);
}
free(input);
free(command);
}
return 0;
}
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <readline/readline.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
char **command;
char *input;
pid_t child_pid;
int stat_loc;
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
child_pid = fork();
if (child_pid == 0) {
/* Never returns if the call is successful */
execvp(command[0], command);
printf("This won't be printed if execvp is successuln");
} else {
waitpid(child_pid, &stat_loc, WUNTRACED);
}
free(input);
free(command);
}
return 0;
}
全部代碼可在此處的單個(gè)文件中獲取。如果你用 gcc -g -lreadline shell.c 編譯它，并執(zhí)行二進(jìn)制文件，你會(huì)得到一個(gè)小的可工作 shell，你可以用它來運(yùn)行系統(tǒng)命令，比如 pwd 和 ls -lha：
unixsh> pwd /Users/dhanush/github.com/indradhanush.github.io/code/shell-part-2 unixsh> ls -lha total 28K drwxr-xr-x 6 root root 204 Jun 11 18:27 . drwxr-xr-x 3 root root 4.0K Jun 11 16:50 .. -rwxr-xr-x 1 root root 16K Jun 11 18:27 a.out drwxr-xr-x 3 root root 102 Jun 11 15:32 a.out.dSYM -rw-r--r-- 1 root root 130 Jun 11 15:38 execvp.c -rw-r--r-- 1 root root 997 Jun 11 18:25 shell.c unixsh>
unixsh> pwd /Users/dhanush/github.com/indradhanush.github.io/code/shell-part-2 unixsh> ls -lha total 28K drwxr-xr-x 6 root root 204 Jun 11 18:27 . drwxr-xr-x 3 root root 4.0K Jun 11 16:50 .. -rwxr-xr-x 1 root root 16K Jun 11 18:27 a.out drwxr-xr-x 3 root root 102 Jun 11 15:32 a.out.dSYM -rw-r--r-- 1 root root 130 Jun 11 15:38 execvp.c -rw-r--r-- 1 root root 997 Jun 11 18:25 shell.c unixsh>
注意：fork 只有在用戶輸入命令后才被調(diào)用，這意味著接受用戶輸入的用戶提示符是父進(jìn)程。
錯(cuò)誤處理
到目前為止，我們一直假設(shè)我們的命令總會(huì)完美的運(yùn)行，還沒有處理錯(cuò)誤。所以我們要對 shell.c做一點(diǎn)改動(dòng)：
fork – 如果操作系統(tǒng)內(nèi)存耗盡或是進(jìn)程數(shù)量已經(jīng)到了允許的值，子進(jìn)程就無法創(chuàng)建，會(huì)返回 -1。我們在代碼里加上以下內(nèi)容：
...
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
child_pid = fork();
if (child_pid < 0) {
perror("Fork failed");
exit(1);
}
...
...
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
child_pid = fork();
if (child_pid < 0) {
perror("Fork failed");
exit(1);
}
...
execvp – 就像上面解釋過的，被成功調(diào)用后它不會(huì)返回。然而，如果執(zhí)行失敗它會(huì)返回 -1。同樣地，我們修改 execvp 調(diào)用：
...
if (execvp(command[0], command) < 0) {
perror(command[0]);
exit(1);
}
...
...
if (execvp(command[0], command) < 0) {
perror(command[0]);
exit(1);
}
...
注意：雖然fork之后的exit調(diào)用終止整個(gè)程序，但execvp之后的exit 調(diào)用只會(huì)終止子進(jìn)程，因?yàn)檫@段代碼只屬于子進(jìn)程。
malloc – 如果操作系統(tǒng)內(nèi)存耗盡，它就會(huì)失敗。在這種情況下，我們應(yīng)該退出程序：
char **get_input(char *input) {
char **command = malloc(8 * sizeof(char *));
if (command == NULL) {
perror("malloc failed");
exit(1);
}
...
char **get_input(char *input) {
char **command = malloc(8 * sizeof(char *));
if (command == NULL) {
perror("malloc failed");
exit(1);
}
...
動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配 – 目前我們的命令緩沖區(qū)只分配了8個(gè)塊。如果我們輸入的命令超過8個(gè)單詞，命令就無法像預(yù)期的那樣工作。這么做是為了讓例子便于理解，如何解決這個(gè)問題留給讀者作為一個(gè)練習(xí)。
上面帶有錯(cuò)誤處理的代碼可在這里獲取。
內(nèi)建命令
如果你試著執(zhí)行 cd 命令，你會(huì)得到這樣的錯(cuò)誤：
cd: No such file or directory cd: No such file or directory
我們的 shell 現(xiàn)在還不能識(shí)別cd命令。這背后的原因是：cd不是ls或pwd這樣的系統(tǒng)程序。讓我們后退一步，暫時(shí)假設(shè)cd 也是一個(gè)系統(tǒng)程序。你認(rèn)為執(zhí)行流程會(huì)是什么樣？在繼續(xù)閱讀之前，你可能想要思考一下。
流程是這樣的：
用戶輸入 cd /。
shell對當(dāng)前進(jìn)程作 fork，并在子進(jìn)程中執(zhí)行命令。
在成功調(diào)用后，子進(jìn)程退出，控制權(quán)還給父進(jìn)程。
父進(jìn)程的當(dāng)前工作目錄沒有改變，因?yàn)槊钍窃谧舆M(jìn)程中執(zhí)行的。因此，cd 命令雖然成功了，但并沒有產(chǎn)生我們想要的結(jié)果。
因此，要支持 cd，我們必須自己實(shí)現(xiàn)它。我們也需要確保，如果用戶輸入的命令是 cd（或?qū)儆陬A(yù)定義的內(nèi)建命令），我們根本不要 fork 進(jìn)程。相反地，我們將執(zhí)行我們對 cd（或任何其它內(nèi)建命令）的實(shí)現(xiàn)，并繼續(xù)等待用戶的下一次輸入。，幸運(yùn)的是我們可以利用 chdir 函數(shù)調(diào)用，它用起來很簡單。它接受路徑作為參數(shù)，如果成功則返回0，失敗則返回 -1。我們定義函數(shù)：
int cd(char *path) {
return chdir(path);
}
并且在我們的主函數(shù)中為它加入一個(gè)檢查：
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
if (strcmp(command[0], "cd") == 0) {
if (cd(command[1]) < 0) {
perror(command[1]);
}
/* Skip the fork */
continue;
}
...
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
if (strcmp(command[0], "cd") == 0) {
if (cd(command[1]) < 0) {
perror(command[1]);
}
/* Skip the fork */
continue;
}
...
帶有以上更改的代碼可從這里獲取，如果你編譯并執(zhí)行它，你將能運(yùn)行 cd 命令。這里是一個(gè)示例輸出：
Shell unixsh> pwd /Users/dhanush/github.com/indradhanush.github.io/code/shell-part-2 unixsh> cd / unixsh> pwd / unixsh>
unixsh> pwd /Users/dhanush/github.com/indradhanush.github.io/code/shell-part-2 unixsh> cd / unixsh> pwd / unixsh>
第二部分到此結(jié)束。在下一篇文章中，我們將探討信號(hào)的主題以及實(shí)現(xiàn)對用戶中斷（Ctrl-C）的處理。敬請期待。
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