Operacijski sustavi, druga laboratorijska vježba

Tablica sadržaja

1. Motivacija

Cilj ove laboratorijske vježbe je praktično proučavanje i upoznavanje s jezgrenim pozivima vezanim uz stvaranje i upravljanje procesima. U okviru vježbe potrebno je ostvariti jednostavnu ljusku fsh (Fer SHell).

2. Primjeri funkcionalnosti ljuske

Ljusku je potrebno ostvariti u programskom jeziku C ili C++ (bilo koji standard) te u bilo kojem UNIX okruženju (npr. GNU/Linux, FreeBSD, itd.). Dodatno je dozvoljeno korištenje bilo kojih funkcija koje pruža standardna C biblioteka (npr. glibc, musl) osim funkcija system, execvp, execlp i execvpe.

2.1. Pristupanje dokumentaciji jezgrenih poziva i bibliotečnih funkcija

Tijekom ove laboratorijske vježbe susrest ćete se s raznim složenim jezgrenim pozivima čije je ponašanje potrebno detaljno proučiti kako bi ljuska ispravno radila. Glavni izvor informacija pri radu sa naredbama ili funkcijama koje pruža operacijski sustav je naredba man. Naredba man kao argument prima ime programa ili funkcije čijoj se dokumentaciji želi pristupiti. Bitno je napomenuti da je dokumentacija cijelog sustava podijeljena u zasebne sekcije grupirane po vrsti sadržaja kojeg opisuju. Primjerice, treća sekcija opisuje bibliotečne funkcije, druga sekcija opisuje jezgrene pozive, a prva opisuje programe ili ugrađene naredbe ljuske. Pozivanje naredbe man u obliku man <ime_programa> slijedom pretražuje sekcije i vraća prvu dokumentaciju koja odgovara imenu programa. Nažalost, neke funkcije i naredbe dijele imena, te je moguće da vam naredba man vrati pogrešnu dokumentaciju, kao što je prikazano u slijedećem primjeru.

Pristupanje odgovarajućoj dokumentaciji bibliotečne funkcije sleep.
$ man sleep
SLEEP(1)   User Commands   SLEEP(1)

NAME
       sleep - delay for a specified amount of time
SYNOPSIS
       sleep NUMBER[SUFFIX]...
       sleep OPTION
...

$ man 3 sleep
sleep(3)   Library Functions Manual   sleep(3)

NAME
       sleep - sleep for a specified number of seconds

LIBRARY
       Standard C library (libc, -lc)

SYNOPSIS
       #include <unistd.h>
       unsigned int sleep(unsigned int seconds);
...

Taj problem rješavamo tako da naredbi man eksplicitno zadamo sekciju koju treba pretražiti. Tako se dokumentaciji bilo kojeg jezgrenog poziva pristupa naredbom man 2 <ime_poziva>. a dokumentaciji funkcija standardne C biblioteke pristupa se naredbom man 3 <ime_funkcije>.

2.2. Osnovno pokretanje programa

Pseudokod 1 ugrubo opisuje rad ljuske. Prije čekanja na upisivanje naredbe, vaša ljuska treba ispisati "fsh> ". Svaka naredba sastoji se od imena naredbe i više argumenata koji su odvojeni proizvoljnim brojem razmaka. Nije potrebno ostvariti "brisanje" znakova prilikom upisivanja naredbe. 

while(1){
    ispisi "fsh> ";

    cekaj naredbu;
    procitaj znakovni niz i obradi;

    naredba = pronadi_naredbu();
    if(naredba nije ugradena){
       stvori novi proces;
       u djetetu pokreni program s unesenim argumentima;
       cekaj zavrsetak djeteta;
    }
}

fsh> /usr/bin/pwd
/home/student
fsh> /usr/bin/echo "pozdrav"
pozdrav
fsh> /usr/bin/ls -lh
# ispis sadrzaja direktorija
fsh> /bin/asdf
fsh: Unknown command: /bin/asdf

2.2.1. Preporučeni tijek rješavanja

  1. Napisati osnovni kostur ljuske,
  2. Ostvariti funkciju koja ulazni niz znakova razbija na ime naredbe i argumente (ako postoje),
  3. Detaljno proučiti jezgrene pozive fork, wait, i execve,
  4. Ostvariti funkciju koja prepoznaje "ugrađene" naredbe (potrebno za drugi podzadatak),
  5. Ostvariti pokretanje programa pomoću jezgrenih poziva navedenih u trećoj točki.

2.3. Osnovne ugrađene naredbe i propagacija signala

2.3.1. Naredba cd

Ugrađena naredba cd treba korisniku omogućiti osnovnu navigaciju po datotečnom sustavu, za što preporučujemo koristiti funkciju chdir() (man 3 chdir). Primjer ispravno ostvarene naredbe dan je u Primjeru 3. Posebnu pozornost potrebno je obratiti na sljedeće slučajeve:

  • Za sve greške (npr. nepostojeće direktorije) potrebno je ispisati odgovarajuću poruku na stderr
fsh> /usr/bin/pwd
/home/student
fsh> cd Documents
fsh> /usr/bin/pwd
/home/student/Documents
fsh> cd /nepostojec
cd: The directory '/nepostojec' does not exist

2.3.2. Naredba exit

Ugrađena naredba exit treba korisniku omogućiti izlazak iz ljuske kada ju korisnik upiše ili kada korisnik pošalje prazan niz znakova kao naredbu.

2.3.3. Slanje signala

Vaša ljuska mora korisniku omogućiti da ručno prekine izvođenje pomoću kombinacije tipki CTRL-C, odnosno slanjem signala SIGINT. Pri tome je bitno da poslani signal ne prekine rad ljuske, nego programa koji se trenutno izvodi. Ako korisnik pošalje SIGINT dok nijedan program nije pokrenut, potrebno je samo ispisati novi red. Za ostvarenje ove funkcionalnosti preporučujemo porodicu funkcija sigaction (man 3 sigaction). Vaša ljuska bi trebala "uhvatiti" signal i odlučiti što s njim treba napraviti.

2.3.4. Bitne napomene

Koncept procesnih grupa1 i standard POSIX propisuju da svi signali poslani preko tipkovnice moraju biti propagirani svim procesima koji su članovi tzv. foreground process grupe. Kako je naša ljuska član te grupe, u našem slučaju to vodi do neispravne propagacije signala SIGINT jer se isti propagira svim procesima pokrenutim iz ljuske, a ne samo ljusci. Rješenje za ovaj problem je smjestiti novostvoreni proces dijete u zasebnu grupu pozivom funkcije setpgid(0,0) (man 3 setpgid) u djetetu prije poziva execve().

Pritiskom kombinacije tipki CTRL+C Vaša ljuska ne dobiva nikakav niz znakova na standardni ulaz, već jezgra operacijskog sustava prepoznaje tu kombinaciju i šalje signal SIGINT. Stoga nije potrebno provjeravati je li ljuska primila znakove "^C" kao ulaz.

2.3.5. Preporučeni tijek rješavanja

  1. Dodati cd i exit u popis ugrađenih naredbi,
  2. Dodati funkcionalnosti za prethodno navedene naredbe,
  3. Izmijeniti pokretanje djeteta tako da se dijete smjesti u zasebnu procesnu grupu,
  4. Ostvariti funkciju za obradu signala SIGINT.

2.4. Prošireno pokretanje programa pomoću varijabli okoline

U dosadašnjim primjerima za sve naredbe bilo je potrebno navesti njihovu punu putanju. Kako je taj cijeli postupak nezgrapan i dugotrajan, ljuske obično pružaju mogućnost upisivanja samo imena programa. Nakon što je upisano ime naredbe, ljuska traži program naredbe u prethodno definiranim dijelovima datotečnog sustava koji su dostupni preko varijable okoline PATH 2. Varijabla PATH sadrži niz putanja odvojenih znakom ":", a primjer sadržaja varijable dan je u Primjeru 4. 

> echo $PATH
/usr/local/bin:/usr/bin:/bin:/usr/local/sbin

Vaš zadatak je proširiti osnovnu funkcionalnost ljuske tako da omogućite pokretanje programa preko njihovog imena. Vaša ljuska treba dohvatiti sadržaj varijable PATH korištenjem bibliotečnog poziva getenv (man 3 getenv), obraditi ga i prilikom svakog pokretanja programa pretražiti sve navedene direktorije kako bi našla odgovarajući program. 

obradi_varijablu_path() {
    ...
    char *sadrzaj = getenv("PATH");
    ...
}

2.4.1. Bitne napomene

  • Za pronalazak programa u direktoriju preporučujemo koristiti poziv access (i jezgreni poziv i bibliotečna funkcija su dozvoljene)
  • Postupak pretrage se ne smije pokretati ako korisnik upiše putanju (tj. ako ime naredbe počinje s '/' ili '.')
  • Potrebno je ispisati poruku greške ako program ne postoji

2.4.2. Preporučeni tijek rješavanja

  1. Proučiti poziv getenv(),
  2. Ostvariti dohvaćanje i obradu sadržaja varijable okoline PATH pri pokretanju ljuske,
  3. Dodati traženje programa naredbe prije pokretanja.

3. Napomene

  • Obavezno provjeravajte povratne vrijednosti svih jezgrenih poziva te ispravno rukujte greškama kako biste si olakšali razvoj laboratorijske vježbe.
  • Obavezno pročitajte Vodič za otklanjanje grešaka prilikom razvoja programa u programskom jeziku C i koristite opisane postupke da si olakšate razvoj ljuske.
  • Pune putanje do programa koje su dane u primjerima mogu se razlikovati od putanja na Vašem sustavu. Putanje do programa možete provjeriti pomoću naredbe whereis.
  • Radi jednostavnosti ljusku testirajte s programima koji ne zahtijevaju unos od korisnika.
  • Sve funkcionalnosti koje trebate ostvariti mogu se naći u svim modernim ljuskama. Prilikom provjere testiranja vaše ljuske možete koristiti postojeće ljuske kao referencu za ispravno ostvarenu funkcionalnost.

Fusnote:

1

https://www.informit.com/articles/article.aspx?p=366888&seqNum=8

2

https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/000095399/basedefs/xbd_chap08.html#tag_08_03

Created: 2023-03-10 pet 11:47

Validate