c - 后台execvp : how to do it properly?

Question

像许多其他人一样，我正在尝试模拟 shell。我已经使用 execvp正确地在来自用户的字符串上。解析该字符串并生成一个字符串数组(每个单词都有其数组，在 space 字符上分割)，包括 NULL在最后。

当我发现用户输入的最后一个单词是 & ，我设置了一个标志来通知我的 shell 该命令将在后台执行，同时让用户立即输入另一个命令。 “后台执行”命令看到它的 &替换为NULL传递给 execvp 的字符串数组中的字符.

事实上，我一直在尝试使用 pthread在后台运行该进程，但它的行为有点奇怪:命令传递到 execvp通过线程的功能需要我按两次ENTER发送命令后。

这是我的简化版 main模拟shell的函数:

int main (void) {

    fprintf (stdout, "%% ");

    bool running = true;

    while(running) {

        /* Ask for an instruction and parses it. */
        char** args = query_and_split_input();

        /* Executing the commands. */
        if (args == NULL) {  // error while reading input
            running = false;
        } else {
            printf("shell processing new command\n");

            int count = count_words(args);
            split_line* line = form_split_line(args, count);
            Expression* ast = parse_line(line, 0, line->size - 1);

            if(line->thread_flag) {
                pthread_t cmd_thr;

                /* Setting up the content of the thread. */
                thread_data_t       thr_data;
                thr_data.ast        = *ast;
                thr_data.line       = *line;

                /* Executing the thread. */
                int thr_err;
                if ((thr_err = pthread_create(&cmd_thr, NULL, thr_func, &thr_data))) {
                    fprintf(stderr, "error: pthread_create, rc: %d\n", thr_err);
                    return EXIT_FAILURE;
                }
                printf("thread has been created.\n");

            } else {
                run_shell(args);
            }
            free(line);

            printf("done running shell on one command\n");
        }
    }

    /* We're all done here. See you! */
    printf("Bye!\n");
    exit (0);
}

这是我的线程的功能:

void *thr_func(void *arg) {
    thread_data_t *data = (thread_data_t *)arg;

    data->line.content[data->line.size-1] = NULL;  // to replace the trailing '&' from the command
    run_shell(data->line.content);

    printf("thread should have ran the command\n");
    pthread_exit(NULL);
}

运行命令的实际行:

void run_shell(char** args) {

    /* Forking. */
    int status;
    pid_t    pid; /* Right here, the created THREAD somehow awaits a second 'ENTER' before going on and executing the next instruction that forks the process. This is the subject of my first question. */
    pid = fork();

    if (pid < 0) {
        fprintf(stderr, "fork failed");

    } else if (pid == 0) {  // child
        printf("Child executing the command.\n");

        /* Executing the commands. */
        execvp(args[0], args);

        /* Child process failed. */
        printf("execvp didn't finish properly: running exit on child process\n");
        exit(-1);


    } else {  // back in parent
        waitpid(-1, &status, 0);  // wait for child to finish

        if (WIFEXITED(status)) { printf("OK: Child exited with exit status %d.\n", WEXITSTATUS(status)); }
        else { printf("ERROR: Child has not terminated correctly. Status is: %d\n", status); }

        free(args);
        printf("Terminating parent of the child.\n");
    }
}

基本上，作为一个例子，什么 run_shell(args)接收到的是 ["echo","bob","is","great",NULL] (在顺序执行的情况下)或["echo","bob","is","great",NULL,NULL] (在后台执行命令的情况下)。

我离开了printf跟踪，因为它可以帮助您理解执行流程。

如果我输入echo bob is great ，输出(printf 跟踪)是:

shell processing new command
Child executing the command.
bob is great
OK: Child exited with exit status 0.
Terminating parent of the child.
done running shell on one command

但是，如果我输入echo bob is great & ，输出为:

shell processing new command
thread has been created.
done running shell on one command

然后我实际上需要按 ENTER再次获得以下输出:

Child executing the command.
bob is great
OK: Child exited with exit status 0.
Terminating parent of the child.
thread should have ran the command

(在最后一次执行中，我还获得了查询和解析用户输入的函数的踪迹，但这似乎无关紧要，因此我抽象了整个部分。)

所以我的问题是:

1. 创建的线程如何等待第二个ENTER在运行 execvp 之前？ (thr_func停止执行run_shell并等待ENTER指令之前的第二个pid = fork();)
2. 我有正确的方法来解决当前的问题吗？ (尝试在后台执行 shell 命令。)

Answer 1

不能使用线程来模拟进程。好吧，严格来说你可以，但是这样做是没有用的。问题是属于一个进程的所有线程共享相同的虚拟地址空间。没有理由创建一个线程，因为您最终需要 fork() 来创建一个新进程(您将需要它，原因如下所述)，那么为什么要创建两个执行线程(如果一个)其中一些将一直停止，只是等待子进程完成。此架构没有任何用处。

历史上需要 fork() 系统调用来进行简单的调用来创建一个新进程(具有不同的虚拟内存映射)，以便能够执行新程序。在调用exec(2)系统调用之前，您需要创建一个新的、完整的进程，因为进程地址空间将被新程序的文本和数据段覆盖。如果您在线程中执行此操作，您将覆盖整个进程地址空间(这是 shell)并杀死可以代表该进程运行的所有线程。要遵循的模式是(伪代码):

/* create pipes for redirection here, before fork()ing, so they are available
 * in the parent process and the child process */
int fds[2];
if (pipe(fds) < 0) { /* error */
    ... /* do error treatment */
}
pid_t child_pid = fork();
switch(child_pid) {
case -1: /* fork failed for some reason, no subprocess created */
    ...
    break;
case 0: /* this code is executed in the childd process, do redirections
         * here on pipes acquired ***before*** the fork() call */
        if (dup2(0 /* or 1, or 2... */, fds[0 /* or 1, or 2... */]) < 0) { /* error */
            ... /* do error management, considering you are in a different process now */
        }
        execvpe(argc, argv, envp);
        ... /* do error management, as execvpe failed (exec* is non-returning if ok) */
        break; /* or exit(2) or whatever */ 
    default: /* we are the parent, use the return value to track the child */
        save_child_pid(child_pid);
        ... /* close the unused file descriptors */
        close(fds[1 /* or 0, or 2, ... */]);
        ... /* more bookkeeping */
        /* next depends on if you have to wait for the child or not */
        wait*(...);  /* wait has several flavours */
} /* switch */

Exec 和 fork 系统调用分开有两个原因:

• 您需要能够在两个调用之间进行内务管理，以便在 exec() 之前在子级中执行实际重定向。
• 曾经有一段时间，unix 没有多任务处理或 protected ，exec 调用只是用新程序替换系统中的所有内存来执行(包括内核代码，以应对未 protected 系统可能被损坏的情况)由执行程序)这在旧操作系统中很常见，我在 CP/M 或 TRS-DOS 等系统上也见过它。 unix 中的实现保留了 exec() 调用的几乎所有语义，并仅添加了 fork() 不可用的功能。这很好，因为它允许父进程和子进程在使用管道时进行必要的簿记。

只有当您需要不同的线程与每个子进程通信时，您才可能可以使用不同的线程来完成任务。但是，认为一个线程与父线程共享所有虚拟空间(我们可以讨论线程之间的父/子关系)，如果您执行 exec 调用，您将覆盖整个进程的虚拟空间(那里的所有线程) )