这篇文章单独记录 Shell Lab。它对应 CSAPP 第 8 章，重点是进程、信号和 job control。

0. 目标

Shell Lab 通常要求实现一个简单 shell，支持：

  • 运行前台任务
  • 运行后台任务
  • jobs
  • bg
  • fg
  • quit
  • 正确处理 SIGCHLD
  • 正确处理 SIGINT
  • 正确处理 SIGTSTP

1. 核心概念

需要先理解：

  • 进程
  • 子进程
  • 进程组
  • 前台任务
  • 后台任务
  • 信号
  • zombie process
  • fork
  • execve
  • waitpid

2. Shell 的基本流程

一个极简 shell 大概是：

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while (1) {
    read_command();
    parse_command();

    if (is_builtin_command()) {
        run_builtin_command();
    } else {
        fork_child();
        exec_program_in_child();
        wait_if_foreground_job();
    }
}

3. 信号处理

Shell Lab 的难点不在能不能 fork，而在信号。

重点：

  • 子进程结束时，父进程会收到 SIGCHLD
  • 用户按 Ctrl-C，会产生 SIGINT
  • 用户按 Ctrl-Z，会产生 SIGTSTP
  • shell 自己不应该被随便杀掉
  • 前台 job 应该收到终端信号

4. Job Control

job table 通常记录：

1
2
3
4
job id
process id
state
command line

常见状态：

1
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3
FG：前台运行
BG：后台运行
ST：停止

5. 嵌入式关联

Shell Lab 对嵌入式 Linux 很有价值：

  • 理解服务进程如何启动子进程
  • 理解信号和进程退出
  • 理解 zombie process
  • 理解 daemon / supervisor / shell 的基本模型
  • 为调试 Linux 用户态程序打基础

6. 复盘重点

学完后要能回答：

  • fork 后为什么会有两个返回值？
  • execve 之后原来的程序去哪了？
  • 为什么需要 waitpid 回收子进程？
  • Ctrl-C 到底发给谁？
  • 前台任务和后台任务有什么区别？
  • 为什么信号处理里要注意竞态条件？