[Linux] programming shell, execvp, fork

# 9주차 1101 강의 요약

## 프로그램이란 무엇인가?
프로그램: 내가 원하는 기능을 하는 명령어의 집합
제대로 컴파일을 하면 임의의 실행 프로그램이 나옴

gcc a.c -o a.out
내가 실행하기 전까지는 파일로 존재
./a.out을 수행하면 그 프로그램이 수행된다

os는 프로세스를 관리하는게 중요하다
프로그램: 명령어의 집합. 실행 전
프로세스: 실행 중인 프로그램
프로세서: cpu

ls: 디렉토리에 존재하는 파일 보여줌
ps: 현재 터미널에서 실행중인 프로세스의 리스트
ps aux: 현재 시스템에서 돌고 있는 모든 프로세스를 소유자 정보와 함께 다양한 정보를 출력
aux: 프로세스 현황 표시, 유저지향,  터미널 제어 없이 프로세스 현황 보기

## shell
shell: 명령어를 이해하고 실행시켜주는 것
명령어를 이해하고 a.out을 실행시키는 프로세스를 만든다
끝날때까지 기다렸다가 자신의 shell프로그램을 수행할 수 있다
bash shell을 기본적으로 쓰고 있음
shell에서도 간단한 프로그램을 짤 수 있다
shell programming: 쉘에서 제공하는 프로그래밍 언어로 간단한 프로그램을 짤 수 있다

vi /etc/passwd :내 아이디들을 보여줌

ps aux | grep kyung : kyung라는 아이디로 돌고 있는 프로세스 리스트 확인

---

## execvp()
how does a program run a program?: the program invokes execvp()
한 프로그램에서 다른 프로그램을 실행할 수 있음

purpose: execute a file, with path searching
include: #include <unistd.h>
usage: result=execvp(const char * file, const char * argv[])
args: file name of file to execute
          argv array of strings
returns: -1 if error

### exec1.c 
// ls -l을 실행하는 프로그램. 프로그램 내에서 ls -l이라는 명령어를 수행

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        char* arglist[3];
        arglist[0]="ls";
        arglist[1]="-l";
        arglist[1]="NULL";
        
        execvp("ls", arglist);
        printf("*** ls is done \n");

}

 

### bash shell
exec1 실행 -> ls -l이라는 명령어가 실행이 됨
gcc exec1.c -o exec1
./exec1

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### exec2.c 

// ./a.out을 실행하는 프로그램. 프로그램 내에서 ./a.out이라는 명령어를 수행
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        char* arglist[3];
        arglist[0]="./a.out";
        arglist[1]="NULL";

        execvp("./a.out", arglist);
        printf("*** ./a.out is done \n");

}

 

### bash shell
exec2 실행 -> a.out이라는 파일을 실행시켜줌
gcc exec2.c -o exec2
./exec2

---

### a.c

#include <stdio.h>

int main(){
        int i;
        printf("Hello \n");
        printf("my pid = %d \n", getpid()); //내 pid를 출력 -> 1560 
        
        for(i=0; i<20; i++){
        sleep(2);
        printf("Hello \n");
        }
}

 

### exec3.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        char* arglist[3];
        arglist[0]="./a.out";
        arglist[1]="NULL";
        
        printf("my pid = %d \n", getpid()); //내 pid를 출력 -> 1560
        sleep(1);
        execvp("./a.out", arglist);
        printf("*** ./a.out is done \n"); //출력이 안되고 끝남 
}

 

### bash shell
exec3 실행 -> a.out이라는 파일을 실행시켜줌
gcc exec3.c -o exec3
./exec3

둘 다 동일한 pid를 출력
왜? execvp(const char * file, const char * argv[])를 실행하면 새로운 프로세스를 생성하지 않고 현재 실행 중인 프로그램을 버리고 새로운 프로그램인 a.out이라는 실행 파일을 load해주고 a.out을 처음부터 실행시킴
새로운 프로세스를 생성하지 않고 기존에 있던 프로세스를 사용

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### psh1.c

// 강의자료를 참고한 코드
// 입력을 통해 명령어 실행
// 임의의 프로그램을 실행시켜주는 하나의 프로그램
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define MAXARGS 20
#define ARGLEN 100

int execute(char * arglist[]){
	execvp(arglist[0], arglist);
	perror("execvp failed");
	if (arglist!=NULL) free(arglist);
	exit(1);
}

char * makestring(char * buf){
	char* cp;
	buf[strlen(buf)-1] = '\0';
	cp = malloc(strlen(buf)+1);
	if (cp==NULL){
		fprintf(stderr, "no memory\n");
		exit(1);
	}
	strcpy(cp, buf);
	return cp;
}

int main(int argc, char * argv[]){
	char * arglist[MAXARGS+1];
	int numargs;
	char argbuf[ARGLEN];
	char * makestring();
	numargs=0;
	
	while (numargs<MAXARGS){
		printf("Arg[%d]?", numargs);
		if (fgets(argbuf, ARGLEN, stdin)&& *argbuf!='\n'){
			arglist[numargs++]= makestring(argbuf);
		}
		else{
			if (numargs>0){
				arglist[numargs]=NULL;
				execute(arglist);
				numargs=0;
			}
		}
	}
	return 0;
}

 

 

### bash shell
gcc psh1.c -o psh1
./psh1
Argc[0]? ls
Argc[1]? -l
Argc[2]? demodir
Argc[3]? 

---

### psh1.c 

// psh1.c 간략한 코드
// 입력을 통해 명령어 실행
// 임의의 프로그램을 실행시켜주는 하나의 프로그램
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main ()
{
	char *arglist[10];
	char buf[100];
	int i;
	i = 0;

	while (i < 10) {
		printf ("Arg[%d]? ", i);
		gets (buf);
		arglist[i] = (char*) malloc (strlen(buf) + 1);
		strcpy (arglist[i], buf);

		if (strcmp (arglist[i], "") == 0) {
			arglist[i] = NULL;
			break;
		}
		i++;
	}
	execvp (arglist[0], arglist);
}

 

### bash shell
gcc psh1.c -o psh1
./psh1
Argc[0]? ls
Argc[1]? -l
Argc[2]? demodir
Argc[3]? 

### execv
내가 실행하고 있는 코드가 있을 때 execv를 수행하면 다른 코드를 load해서 실행
새로운 프로세스를 실행하는 것은 아님

---

## fork
how do we get a new process?: a process calls fork to replicate itself
System call: fork() // takes no argument
새로운 프로세스 생성하기

purpose: create a process
include: #include <unistd.h>
usage: pid_t result=fork(void)
args: none
returns: -1 => if error
                  0 => when child process
                  pid => pid of child when parent process

---

### forkdemo1.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int sum;
int main (){
	int result, mypid;
	
	mypid = getpid();
	printf("my pid = %d \n", mypid);
	sum++;
	result = fork();
 
	
	sleep(1);
	if (result ==0){//child process
		sleep(3);
		mypid = getpid();
		printf("After fork: ");
		printf("my pid = %d result = %d \n", mypid, result);
	} 
	else{//parent process
		wait(NULL); //내가 fork한 child가 끝날때까지 기다림
		printf("this is a parent\n");
	} 	
}

### bash shell
gcc forkdemo1.c -o forkdemo1
./forkdemo1

fork()를 실행하면 프로세스를 생성해준다
메모리 어딘가에 올라와 있어서 이 중에 fork라는 시스템 콜을 호출하면 프로세스를 생성해준다
리눅스에서 하나의 새로운 프로세스를 생성해주는 것

그 프로세서는 어떤 프로그램을 실행해주나? fork 뒤부터 실행해준다
fork 이후에는 두개의 독립된 프로그램을 실행해준다

fork()가 1개 -> 2개 프로세스
fork()가 2개 -> 4개 프로세스
fork()가 3개 -> 8개 프로세스
fork()가 n개 -> 2^n개 프로세스

---

### forkdemo2.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main (){
	int result, mypid;
	
	mypid = getpid();
	printf("my pid = %d \n", mypid); // 내 pid 출력
    
	result = fork(); //fork 이후 두 번이 실행
	sleep(1);
    
	mypid = getpid();
	printf("After fork: ");
	printf("my pid = %d \n", mypid); // 내 pid 출력
	printf("result= %d\n", result);
}

두 개의 프로세스가 생기지만 return값이 다르다
fork를 호출한 프로세스 : parent 프로세스
fork로 인해 생긴 프로세스 : child 프로세스

parent와 child는 return 값으로 구분
return값이 0이면? child 프로세스
return값이 0이 아니면? parent 프로세스

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## Summary
buliding a shell using fork, execvp, wait
how to create a new process: fork()
how to run a program: execvp()
how to tell the parent to wait until the child process finishes executing the commad: wait()
wait(): to be discussed next

---

## wait: how does parent wait for the child to exit?
answer: a process calls wait() to wait for a child to finish
child프로세스가 끝날때까지 기다리는 함수

usage: pid = wait(&status)
two things done by wait()
pausing the parent process until a child process finishes running
retrieving the value the child process had passed to exit

쉘 프로그램은 child가 끝날때까지 기다림

---

### forkdemo3.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main (){
	int result, mypid;

	mypid = getpid();
	printf("my pid = %d \n", mypid); // 내 pid 출력

	result = fork(); //fork 이후 두 번이 실행

	if (result==0){//child process
		sleep(3);
		mypid=getpid();
		printf("After fork: ");
		printf("my pid = %d result = %d \n", mypid, result);
	}
	else{//parnent process
		wait(NULL);
		printf("This is a parent process \n");
	}
}

 

 

### bash shell
gcc forkdemo3 -o forkdemo3
./forkdemo3

실행하면 wait(NULL)에 의해서 child 프로세스가 끝날때까지 기다림

---

### psh2.c

// 계속해서 수행하는 프로그램
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>

#define MAXARGS 20
#define ARGLEN 100

void execute(char**);
char * makestring();

int main()
{
	char * arglist[MAXARGS+1];
	int numargs;
	char argbuf[ARGLEN];
	
	numargs = 0;
	while (numargs<MAXARGS){
		printf("Bokyung[%d]? ", numargs);
		if(fgets(argbuf, ARGLEN, stdin)&& *argbuf!='\n'){
			arglist[numargs++]=makestring(argbuf);
		}
		else{
			if (numargs>0){
				arglist[numargs]=NULL;
				execute(arglist);
				numargs=0;
			}
		}
	}
	return 0;
}

void execute (char * arglist[]){
	int pid, exitstatus;
	pid = fork();
	switch(pid){
		case -1:
			perror("fork failed");
			exit(1);
		case 0: 
			execvp(arglist[0], arglist);
			perror("execvp failed ");
			exit(1);
		default:
			while(wait(&exitstatus)!=pid);
			printf("children exited with status %d, %d \n", exitstatus>>8, exitstatus&0377);
	}
}

char * makestring(char *buf){
	char *cp;
	buf[strlen(buf)-1]= '\0';
	cp = malloc(strlen(buf)+1);
	if(cp == NULL){
		fprintf(stderr, "no memory\n");
		exit(1);
	}
	strcpy(cp, buf);
	return cp;
}

---

## [실습]
* psh1.c 를 수정하여 계속해서 여러 명령어를 수행하는 프로그램을 완성하시오. 
   - 강의자료실 프로그램을 수정할 것을 권고하나, 
   - psh2.c 를 사용해도 됨
   - 매번 본인의 이름이 출력이 되도록 수정함 (ex: Kyong Arg[%d]?)

* 소스 코드와 실행화면 캡쳐해서 제출

### psh1.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>

#define MAXARGS 20
#define ARGLEN 100

void execute(char**);
char * makestring();

int main()
{
	char * arglist[MAXARGS+1];
	int numargs;
	char argbuf[ARGLEN];
	
	numargs = 0;
	while (numargs<MAXARGS){
		printf("Bokyung[%d]? ", numargs);
		if(fgets(argbuf, ARGLEN, stdin)&& *argbuf!='\n'){
			arglist[numargs++]=makestring(argbuf);
		}
		else{
			if (numargs>0){
				arglist[numargs]=NULL;
				execute(arglist);
				numargs=0;
			}
		}
	}
	return 0;
}

void execute (char * arglist[]){
	int pid, exitstatus;
	pid = fork();
	switch(pid){
		case -1:
			perror("fork failed");
			exit(1);
		case 0: 
			execvp(arglist[0], arglist);
			perror("execvp failed ");
			exit(1);
		default:
			while(wait(&exitstatus)!=pid);
			printf("children exited with status %d, %d \n", exitstatus>>8, exitstatus&0377);
	}
}

char * makestring(char *buf){
	char *cp;
	buf[strlen(buf)-1]= '\0';
	cp = malloc(strlen(buf)+1);
	if(cp == NULL){
		fprintf(stderr, "no memory\n");
		exit(1);
	}
	strcpy(cp, buf);
	return cp;
}