HW4: Shell & Pipe 实现记录
Wen Gao系列 - CIT5950
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1 要求
实现一个只含有基本命令和 Pipe(不含重定向符及其他符号)的 Shell。
2 指南
2.1 相关文件
pipe_shell.cc:在其中实现 shell 程序sh.cc: 传入一个附带参数的程序，fork()子程序然后execvp()去执行它stdin_echo.cc: 从stdin中读取，输出读取的内容，直到获取EOF，然后停止example_tests/: 其中含有示例输入和对应输出solution_binaries/: 官方答案执行码
2.2 具体要求
- 程序一次从标准输入读取一行命令
- 一行命令包括命令本身和连接他们的 Pipe
- 不停读入直到读入
EOF/用户输入exit - 在当前命令完成之后才能运行下一条命令
- 命令可以是绝对路径或者是程序名（用
execvp执行）
2.3 建议方法
- 通读该指南和提供的源代码，搞清楚作业是在做什么
- 执行一下
./solution_binaries/pipe_shell，看看结果长什么样 - 开始实现
pipe_shell.cc，从循环提示用户输入开始，并且打印$提示符，直到无输入或者遇到EOF/输入exit - 实现
fork()，pipe连接和命令的执行(execvp或者直接运行命令路径)
2.4 实现提示
- 可以使用
boost库中的split()和trim()方法， - 使用
execvp(), fork(), pipe(), waitpid()等函数 - 注意不同情形：无管道，一个管道，多于一个管道
- 两种方法
- 使用一个 pipe 数组
- 每次
fork()之前创建一个pipe
- 每个子进程只需要两个端口，从上一个进程送来的读端口，和给下一个子进程的写端口
- 子进程用完端口之后关闭端口，否则程序无法正常退出
2.5 测试
- 普通测试:
make && ./pipe_shell - 内存泄漏测试:
valgrind --leak-check=full ./pipe_shell - 比较自己的程序和
solution_binaries/pipe_shell的结果：
cat ./tests/simple_input.txt | ./pipe_shell &> my_output.txt
diff my_output.txt ./tests/simple_output.txt2.6 pipe_shell.cc
实现核心：
pipe的内存在操作系统内核中。在每次循环前创建一个pipe，然后fork()一个子进程读取上一个pipe的内容，写入当前这个pipe。使用完毕后关闭这个pipe的写端，保留这个pipe的读端口。进而让下一次dup2导入时使用，使用完后可关闭该pipe的读端口。pipe不会像本地变量那样随着循环的进行而消失，只要保存一下读/写端口，在下一轮循环中就可以正常的进行读写。 此外，我们使用dup2来进行端口的重定向。
#include <unistd.h> // for fork()
#include <sys/types.h> // for pid_t
#include <sys/wait.h> // for wait(), waitpid(), etc.
#include <cstdlib> // for exit(), EXIT_SUCCESS, and EXIT_FAILURE
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string.h>
#include <boost/algorithm/string.hpp>
using namespace std;
#define BUF_SIZ 1000
int main()
{
string s;
cout << "$ ";
while (getline(std::cin, s))
{
if (s == "exit")
{
return EXIT_SUCCESS;
}
int fd[2];
int in_fd = 0; // input fd
// split the command into multiple parts
vector<string> tokens;
boost::algorithm::split(tokens, s, boost::is_any_of("|"), boost::token_compress_on);
int count = 1;
int command_num = tokens.size();
for (auto &command : tokens)
{
// initialize a pipe
if (pipe(fd) == -1)
{
perror("pipe creation failed!");
return EXIT_FAILURE;
}
// prepare to run the current command
// get the current command
boost::algorithm::trim(command);
// split the command into an array of args
vector<string> args;
boost::algorithm::split(args, command, boost::is_any_of(" "), boost::token_compress_on);
int argc = args.size();
if (argc < 1)
{
cerr << "We need a command!" << endl;
return EXIT_FAILURE;
}
// run the current command
pid_t child = fork();
if (child == 0)
{
// setup the file name and input arguments
const char *filename = args[0].c_str();
char **argv = new char *[argc + 1];
for (int i = 0; i < argc; i++)
{
string args_str = args[i];
argv[i] = new char[10];
strcpy(argv[i], args_str.c_str());
}
argv[argc] = nullptr;
if (in_fd != 0)
{
// write the pipe value into stdin
dup2(in_fd, STDIN_FILENO);
close(in_fd);
}
if (count != command_num)
{
// write stdout to the pipe
dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
close(fd[1]);
}
// use execvp() to run the commmand
execvp(filename, argv);
// exec didn't work, so an error must have been occurred
cerr << strerror(errno) << endl;
delete[] argv;
return EXIT_FAILURE;
}
// wait for the child process to complete
int status;
waitpid(child, &status, 0);
// close the current pipe write fd
close(fd[1]);
in_fd = fd[0];
count += 1;
}
// // read out the pipe
// char buffer[BUF_SIZ];
// int count = read(in_fd, buffer, BUF_SIZ);
// buffer[count] = '\0';
// if (count > 0)
// {
// fprintf(stdout, "%s", buffer);
// }
close(in_fd);
cout << "$ ";
}
return EXIT_SUCCESS;
}