詳細的題目要求和資源可以到 http://csapp.cs.cmu.edu/3e/labs.html 或者 http://www.cs.cmu.edu/~./213/schedule.html 擷取。
Signal (IPC)
signal(2) - Linux manual page - man7.org
fork(2) - Linux manual page - man7.org
wait(2) - Linux manual page - man7.org
sigprocmask(2) - Linux manual page - man7.org
access(2) - Linux manual page - man7.org
sigemptyset(3): POSIX signal set operations
How to Use C's Volatile Keyword - Barr Group
Atomic Types
tsh的提示符為“tsh> ”
使用者的輸入分為第一個的<code>name</code>和後面的參數，之間以一個或多個空格隔開。如果<code>name</code>是一個tsh内置的指令，那麼tsh應該馬上處理這個指令然後等待下一個輸入。否則，tsh應該假設<code>name</code>是一個路徑上的可執行檔案，并在一個子程序中運作這個檔案（這也稱為一個工作、job）
tsh不需要支援管道和重定向
如果使用者輸入<code>ctrl-c</code> (<code>ctrl-z</code>)，那麼<code>SIGINT</code> (<code>SIGTSTP</code>)信号應該被送給每一個在前台程序組中的程序，如果沒有程序，那麼這兩個信号應該不起作用。
如果一個指令以“&”結尾，那麼tsh應該将它們放在背景運作，否則就放在前台運作（并等待它的結束）
每一個工作（job）都有一個正整數PID或者job ID（JID）。JID通過"%"字首辨別符表示，例如，“%5”表示JID為5的工作，而“5”代筆PID為5的程序。
tsh應該有如下内置指令：
tsh應該回收（reap）所有僵屍孩子，如果一個工作是因為收到了一個它沒有捕獲的（沒有按照信号處理函數）而終止的，那麼tsh應該輸出這個工作的PID和這個信号的相關描述。
利用測試檔案逐漸建構tsh，例如先從trace01.txt開始。
<code>setpgid</code>中的WUNTRACED and WNOHANG選項有用（參看前期準備）
當解析指令并産生子程序的時候（<code>fork</code> ）的時候，必須先調用<code>sigprocmask</code> block <code>SIGCHLD</code>信号，調用<code>addjob</code>将剛剛建立的工作加入到工作清單裡，然後unblock該信号（課件裡有講這個競争産生的問題）。另外，由于子程序會繼承block的特性，是以子程序要記得unblock。
一些具有終端環境的程序會嘗試從父程序讀寫資料，例如/bin/sh，還有一些程式例如<code>more</code> <code>less</code> <code>vi</code> <code>emacs</code> 會對終端做一些“奇怪的設定”。本次實驗用<code>/bin/ls</code> <code>/bin/echo</code>這樣的文字模式的程式測試即可。
當我們在真正的shell（例如bash）中執行tsh時，tsh本身也是被放在前台程序組中的，它的子程序也會在前台程序組中，例如下圖所示：
是以當我們在終端輸入<code>ctrl-c</code> (<code>ctrl-z</code>)的時候，<code>SIGINT</code> (<code>SIGTSTP</code>)信号應該被送給每一個在前台程序組中的所有程序，包括我們在tsh中認為是背景程序的程式。一個決絕的方法就是在<code>fork</code>之後<code>execve</code>之前，子程序應該調用<code>setpgid(0, 0)</code>使得它進入一個新的程序組（其pgid等于該程序的pid）。tsh接收到<code>SIGINT</code> <code>SIGTSTP</code>信号後應該将它們發送給tsh眼中正确的“前台程序組”（包括其中的所有程序）。
我首先将書上（8.5.5節）說的6個關于信号處理函數安全性的要求列出（詳細的解釋請參考書），在程式設計的時候要注意：
盡量保持信号處理函數的簡單性，例如隻改變一個flag
在信号處理函數内部隻調用<code>async-signal-safe</code>的函數（<code>man 7 signal</code>裡面有完全的列出）
在進入和退出信号處理函數的時候儲存和還原<code>errno</code>變量（參考：Thread-local storage ）
當試圖通路全局結構變量的時候暫時block所有的信号，然後還原
全局變量的聲明為<code>volatile</code>
将flag（标志）聲明為<code>sig_atomic_t</code>
下面我就實驗要求完成的7個函數說幾個注意的地方，代碼中的注釋也解釋了一些：
在調用<code>parseline</code>解析輸出後，我們首先判斷這是一個内置指令（shell實作）還是一個程式（本地檔案）。如果是内置指令，進入<code>builtin_cmd(argv, cmdline)</code> ，否則建立子程序并在job清單裡完成添加。這裡要注意在<code>fork</code>前用<code>access</code>判斷是否存在這個檔案，不然fork以後無法回收，另外要注意一個線程并行競争（race）的問題：<code>fork</code>以後會在job清單裡添加job，信号處理函數<code>sigchld_handler</code>回收程序後會在job清單中删除，如果信号來的比較早，那麼就可能會發生先删除後添加的情況。這樣這個job永遠不會在清單中消失了（記憶體洩露），是以我們要先block<code>SIGCHLD</code> ，添加以後再還原。
更新：<code>fork</code>子程序後發生錯誤退出子程序應該使用<code>_exit</code>而非<code>exit</code> （<code>unix_error</code>裡面也是用的<code>exit</code> ） 參考：What is the difference between using _exit() & exit() in a conventional Linux fork-exec?
這個函數分情況判斷是哪一個内置指令，要注意如果使用者僅僅按下Enter鍵，那麼在解析後<code>argv</code>的第一個變量将是一個空指針。如果用這個空指針去調用<code>strcmp</code>函數會引發segment fault。
這個函數單獨處理了<code>bg</code>和<code>fg</code>這兩個内置指令。要注意<code>fg</code>有兩個對應的情況：1.背景程式是stopped的狀态，這時我們需要設定相關變量，然後發送繼續的信号。2.如果這個程序本身就在運作，我們就隻需要改變job的狀态，設定相關變量，然後進入<code>waitfg</code>等待這個新的前台程序執行完畢。
寫這個也出現了一個讓我debug 幾個小時的相容性問題：
在<code>man 7 signal</code>中，<code>SIGCHLD</code>描述如下：
也就是說，子程序終止或者停止的時候會向父程序發送這個信号，然後父程序進入<code>sigchld_handler</code>信号處理函數進行回收或者提示。但是在我的機器上卻發現在子程序從stopped變到running（收到<code>SIGCONT</code> ）的時候也會向父程序發送這個信号。這樣就會出現一個問題：我們要使背景一個stopped的程序重新運作，但是它會向父程序（shell）發送一個<code>SIGCHLD</code> ，這樣父程序就會進入信号處理函數<code>sigchld_handler</code>試圖回收它（不是stop），而它有沒有結束，是以信号處理函數會一直等待它執行完畢，在shell中顯示的情況就是卡住了。
經過長時間調試确認後發現在POSIX某個标準中<code>SIGCHLD</code>信号的定義如下：
SIGCHLD The SIGCHLD signal is sent to a process when a child process terminates, is interrupted, or resumes after being interrupted. One common usage of the signal is to instruct the operating system to clean up the resources used by a child process after its termination without an explicit call to the <code>wait</code> system call.
<code>or resumes after being interrupted.</code> ，看到這句的時候我就要吐血了。。。
為了進一步證明我的想法，我在FreeBSD11.1上面查了一下手冊：
他說的是“changed”，看來我的機器是按照POSIX的某個标準實作的。
我的解決方案是設定一個<code>pid_t</code>的全局變量stopped_resume_child記錄我們要fg的stopped程序，在進入信号處理函數後首先檢查這個變量是否大于零，如果是就直接退出不做處理。（這裡其實有一個和其他程序競争的問題，時間有限就不去做更改了）
我之前聲明了一個<code>volatile sig_atomic_t</code>的全局變量<code>fg_pid_reap</code> ，隻要信号處理函數回收了前台程序，它就會将<code>fg_pid_reap</code> 置1，這樣我們的<code>waitfg</code>函數就會退出，接着讀取使用者的下一個輸入。使用busy<code>sleep</code>會有一些延遲，實驗報告上要求這麼實作我也沒辦法; )
注意儲存<code>errno</code> 。
注意到這裡不能使用while來回收程序，因為我們的背景還可能有正在運作的程序，這樣做的話會使得<code>waitpid</code>一直等待這個程序結束。當然使用if隻回收一次也可能會導緻信号累加的問題，例如多個背景程式同時結束，實驗報告上要求這麼實作我也沒辦法 ; )
注意如果程式是被stop的話<code>SIGTSTP ctrl-z</code> ，我們不用回收、删除job清單中的節點。
注意是群發，即<code>killpg</code>，不能隻發一個。
不解釋。
為了友善檢查結果，我寫了一個bash腳本，用來比較我的<code>tsh</code>和實驗給的正确參考程式<code>tshref</code>的輸出結果（測試用例為trace01.txt~trace16.txt）：
全部列印出來太長，這裡列出最後幾個：
可以發現除了PID不同以外其餘都相同，說明<code>tsh</code>實作正确。
[完整項目代碼](https://files.cnblogs.com/files/liqiuhao/tsh.7z)
這次實驗給我最大的教訓就是不要完全相信文檔，自己去實作和求證也很重要。另外，并行産生的競争問題也有了一些了解。
另外，有意思的是，我在做實驗之前看到實驗指導裡說：
– In waitfg, use a busy loop around the sleep function. – In sigchld handler, use exactly one call to waitpid.
當時我還想說用<code>sleep</code> 和在<code>waitpid</code>裡面隻用一個回收是不是不安全或者太傻了，結果我上github一看不僅都是這樣，而且他們的代碼非常不安全（上面提到的六個安全注意點完全不遵守，各種調用也沒有檢查傳回值和異常），于是覺得自己寫的肯定比他們好多了
結果。。。如果注意這些安全問題會有很多麻煩，時間也有限，我就把幾個容易實作的實作了，還有兩個“通路全局結構變量前block”和“在信号處理函數中僅使用<code>async-signal-safe</code>沒有實作。
最後，改編一下Mutt E-Mail Client作者的一句話總結一下這次實驗：
All code about this ShellLab on github sucks. This one just sucks less 😉