详细的题目要求和资源可以到 http://csapp.cs.cmu.edu/3e/labs.html 或者 http://www.cs.cmu.edu/~./213/schedule.html 获取。
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的提示符为“tsh> ”
用户的输入分为第一个的<code>name</code>和后面的参数，之间以一个或多个空格隔开。如果<code>name</code>是一个tsh内置的命令，那么tsh应该马上处理这个命令然后等待下一个输入。否则，tsh应该假设<code>name</code>是一个路径上的可执行文件，并在一个子进程中运行这个文件（这也称为一个工作、job）
tsh不需要支持管道和重定向
如果用户输入<code>ctrl-c</code> (<code>ctrl-z</code>)，那么<code>SIGINT</code> (<code>SIGTSTP</code>)信号应该被送给每一个在前台进程组中的进程，如果没有进程，那么这两个信号应该不起作用。
如果一个命令以“&”结尾，那么tsh应该将它们放在后台运行，否则就放在前台运行（并等待它的结束）
每一个工作（job）都有一个正整数PID或者job ID（JID）。JID通过"%"前缀标识符表示，例如，“%5”表示JID为5的工作，而“5”代笔PID为5的进程。
tsh应该有如下内置命令：
tsh应该回收（reap）所有僵尸孩子，如果一个工作是因为收到了一个它没有捕获的（没有按照信号处理函数）而终止的，那么tsh应该输出这个工作的PID和这个信号的相关描述。
利用测试文件逐步构建tsh，例如先从trace01.txt开始。
<code>setpgid</code>中的WUNTRACED and WNOHANG选项有用（参看前期准备）
当解析命令并产生子进程的时候（<code>fork</code> ）的时候，必须先调用<code>sigprocmask</code> block <code>SIGCHLD</code>信号，调用<code>addjob</code>将刚刚创建的工作加入到工作列表里，然后unblock该信号（课件里有讲这个竞争产生的问题）。另外，由于子进程会继承block的特性，所以子进程要记得unblock。
一些具有终端环境的进程会尝试从父进程读写数据，例如/bin/sh，还有一些程序例如<code>more</code> <code>less</code> <code>vi</code> <code>emacs</code> 会对终端做一些“奇怪的设置”。本次实验用<code>/bin/ls</code> <code>/bin/echo</code>这样的文字模式的程序测试即可。
当我们在真正的shell（例如bash）中执行tsh时，tsh本身也是被放在前台进程组中的，它的子进程也会在前台进程组中，例如下图所示：
所以当我们在终端输入<code>ctrl-c</code> (<code>ctrl-z</code>)的时候，<code>SIGINT</code> (<code>SIGTSTP</code>)信号应该被送给每一个在前台进程组中的所有进程，包括我们在tsh中认为是后台进程的程序。一个决绝的方法就是在<code>fork</code>之后<code>execve</code>之前，子进程应该调用<code>setpgid(0, 0)</code>使得它进入一个新的进程组（其pgid等于该进程的pid）。tsh接收到<code>SIGINT</code> <code>SIGTSTP</code>信号后应该将它们发送给tsh眼中正确的“前台进程组”（包括其中的所有进程）。
我首先将书上（8.5.5节）说的6个关于信号处理函数安全性的要求列出（详细的解释请参考书），在编程的时候要注意：
尽量保持信号处理函数的简单性，例如只改变一个flag
在信号处理函数内部只调用<code>async-signal-safe</code>的函数（<code>man 7 signal</code>里面有完全的列出）
在进入和退出信号处理函数的时候保存和还原<code>errno</code>变量（参考：Thread-local storage ）
当试图访问全局结构变量的时候暂时block所有的信号，然后还原
全局变量的声明为<code>volatile</code>
将flag（标志）声明为<code>sig_atomic_t</code>
下面我就实验要求完成的7个函数说几个注意的地方，代码中的注释也解释了一些：
在调用<code>parseline</code>解析输出后，我们首先判断这是一个内置命令（shell实现）还是一个程序（本地文件）。如果是内置命令，进入<code>builtin_cmd(argv, cmdline)</code> ，否则创建子进程并在job列表里完成添加。这里要注意在<code>fork</code>前用<code>access</code>判断是否存在这个文件，不然fork以后无法回收，另外要注意一个线程并行竞争（race）的问题：<code>fork</code>以后会在job列表里添加job，信号处理函数<code>sigchld_handler</code>回收进程后会在job列表中删除，如果信号来的比较早，那么就可能会发生先删除后添加的情况。这样这个job永远不会在列表中消失了（内存泄露），所以我们要先block<code>SIGCHLD</code> ，添加以后再还原。
更新：<code>fork</code>子进程后发生错误退出子进程应该使用<code>_exit</code>而非<code>exit</code> （<code>unix_error</code>里面也是用的<code>exit</code> ） 参考：What is the difference between using _exit() & exit() in a conventional Linux fork-exec?
这个函数分情况判断是哪一个内置命令，要注意如果用户仅仅按下回车键，那么在解析后<code>argv</code>的第一个变量将是一个空指针。如果用这个空指针去调用<code>strcmp</code>函数会引发segment fault。
这个函数单独处理了<code>bg</code>和<code>fg</code>这两个内置命令。要注意<code>fg</code>有两个对应的情况：1.后台程序是stopped的状态，这时我们需要设置相关变量，然后发送继续的信号。2.如果这个进程本身就在运行，我们就只需要改变job的状态，设置相关变量，然后进入<code>waitfg</code>等待这个新的前台进程执行完毕。
写这个也出现了一个让我debug 几个小时的兼容性问题：
在<code>man 7 signal</code>中，<code>SIGCHLD</code>描述如下：
也就是说，子进程终止或者停止的时候会向父进程发送这个信号，然后父进程进入<code>sigchld_handler</code>信号处理函数进行回收或者提示。但是在我的机器上却发现在子进程从stopped变到running（收到<code>SIGCONT</code> ）的时候也会向父进程发送这个信号。这样就会出现一个问题：我们要使后台一个stopped的进程重新运行，但是它会向父进程（shell）发送一个<code>SIGCHLD</code> ，这样父进程就会进入信号处理函数<code>sigchld_handler</code>试图回收它（不是stop），而它有没有结束，所以信号处理函数会一直等待它执行完毕，在shell中显示的情况就是卡住了。
经过长时间调试确认后发现在POSIX某个标准中<code>SIGCHLD</code>信号的定义如下：
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> ，看到这句的时候我就要吐血了。。。
为了进一步证实我的想法，我在FreeBSD11.1上面查了一下手册：
他说的是“changed”，看来我的机器是按照POSIX的某个标准实现的。
我的解决方案是设置一个<code>pid_t</code>的全局变量stopped_resume_child记录我们要fg的stopped进程，在进入信号处理函数后首先检查这个变量是否大于零，如果是就直接退出不做处理。（这里其实有一个和其他进程竞争的问题，时间有限就不去做更改了）
我之前声明了一个<code>volatile sig_atomic_t</code>的全局变量<code>fg_pid_reap</code> ，只要信号处理函数回收了前台进程，它就会将<code>fg_pid_reap</code> 置1，这样我们的<code>waitfg</code>函数就会退出，接着读取用户的下一个输入。使用busy<code>sleep</code>会有一些延迟，实验报告上要求这么实现我也没办法; )
注意保存<code>errno</code> 。
注意到这里不能使用while来回收进程，因为我们的后台还可能有正在运行的进程，这样做的话会使得<code>waitpid</code>一直等待这个进程结束。当然使用if只回收一次也可能会导致信号累加的问题，例如多个后台程序同时结束，实验报告上要求这么实现我也没办法 ; )
注意如果程序是被stop的话<code>SIGTSTP ctrl-z</code> ，我们不用回收、删除job列表中的节点。
注意是群发，即<code>killpg</code>，不能只发一个。
不解释。
为了方便检查结果，我写了一个bash脚本，用来比较我的<code>tsh</code>和实验给的正确参考程序<code>tshref</code>的输出结果（测试用例为trace01.txt~trace16.txt）：
全部打印出来太长，这里列出最后几个：
可以发现除了PID不同以外其余都相同，说明<code>tsh</code>实现正确。
[完整项目代码](https://files.cnblogs.com/files/liqiuhao/tsh.7z)
这次实验给我最大的教训就是不要完全相信文档，自己去实现和求证也很重要。另外，并行产生的竞争问题也有了一些了解。
另外，有意思的是，我在做实验之前看到实验指导里说：
– In waitfg, use a busy loop around the sleep function. – In sigchld handler, use exactly one call to waitpid.
当时我还想说用<code>sleep</code> 和在<code>waitpid</code>里面只用一个回收是不是不安全或者太傻了，结果我上github一看不仅都是这样，而且他们的代码非常不安全（上面提到的六个安全注意点完全不遵守，各种调用也没有检查返回值和异常），于是觉得自己写的肯定比他们好多了
结果。。。如果注意这些安全问题会有很多麻烦，时间也有限，我就把几个容易实现的实现了，还有两个“访问全局结构变量前block”和“在信号处理函数中仅使用<code>async-signal-safe</code>没有实现。
最后，改编一下Mutt E-Mail Client作者的一句话总结一下这次实验：
All code about this ShellLab on github sucks. This one just sucks less 😉