这个实验通过实现一个支持作业控制的Unix Shell，让我们对进程控制和信号控制更加熟悉。课程Lab已经帮助我们搭建起了Shell的整体框架，并实现了与本次实验不太相关的代码，核心部分需要我们自己完成。

整体框架

Shell从标准输入（stdin）读取用户输入的命令，然后解析命令，Shell支持两种类型的命令：如果用户输入的是的内置命令（如quit、jobs等），那么直接执行该命令；如果用户输入的是某个可执行文件的路径，那么通过fork一个子进程，在子进程中加载并执行命令。Shell把每次用户输入的命令抽象为一个job，一个job可以包含多个进程（例如管道）。每个job有两种运行方式，如果用户输入的命令以’&‘结尾，那么job将会在后台（background）运行，否则，job运行在前台（foreground）。在任意时刻，只允许存在0或1个前台job，但是可以有0或多个后台job运行。最后，为了支持用户能够向Shell发送信号，我们还需要实现3个信号处理程序，分别处理信号SIGCHLD、SIGINT和SIGTSTP。

需要注意的地方

  • 默认的，一个子进程和它的父进程同属于一个进程组，而Unix系统提供的大量向进程发送信号的机制，都是基于进程组这个概念的。当我们输入Ctrl + C，内核会发送一个SIGINT信号到前台进程组的每个进程，类似的，输入Ctrl + Z会导致内核发送一个SIGTSTP信号给前台进程组中的每个进程。这儿的“前台进程组”指的是Shell进程所属的进程组。实验中，我们并不期望信号直接作用于Shell进程本身（否则Shell收到SIGINT信号就终止了），而是需要让Shell将信号转发给Shell前台作业中的子进程及其所属进程组中的所有进程。所以，我们不能让子进程和Shell进程同属一个进程组。具体做法是通过使用setpgid函数来改变子进程的进程组，当调用setpgid(0, 0)时，内核会创建一个新的进程组，其进程组ID是调用者进程的PID，并且会把调用者进程加入到这个进程组中。
  • 当Shell收到信号时，具体的工作需要信号处理函数来完成。例如收到SIGINT信号，那么信号处理函数会把该信号发往前台job中的进程及其所属进程组中的所有进程。实验中，我们是通过kill(pid_t pid, int sig)来发送信号，注意到我们并不仅仅是向PID = pid的进程发送信号，kill函数帮助我们实现了这一点：如果pid小于0，kill发送信号sig给进程组|pid|（pid的绝对值）中的每个进程。我们可以意识到，上一点需要注意的地方正是为这一点做铺垫的。
  • 父进程（Shell）fork了一个子进程后，父进程需要将这个进程作为一个job添加到job队列中去（addjob），当子进程终止时，内核会发送一个SIGCHLD信号给父进程，然后在相应的信号处理程序中，把终止的子进程对应的job从job队列中删除（deletejob）。考虑一种情况：当父进程fork了一个子进程之后，子进程先于父进程获得调度，并且在父进程执行addjob前，子进程就已经终止了，并发送了SIGCHLD信号给父进程。此时，在信号处理程序中deletejob不会做任何操作，因为此时父进程还没有把job加入到job队列中。出现这个问题的根本原因是在addjob之前调用了deletejob。解决这个问题的方法是：在父进程fork子进程之前，将SIGCHLD信号阻塞，当完成addjob之后，才解除对SIGCHLD信号的阻塞，这样就能保证在子进程被添加到job队列之后再回收该子进程。注意，子进程继承了它们父进程的被阻塞信号集合，所以我们必须在调用execve之前，解除子进程中阻塞的SIGCHLD信号。

代码

Shell Lab的代码在这里。