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Blackhole-Shell

1. Shell & Terminal

1-1. Terminal

• 텍스트 입출력 환경, CLI (Command Line Interface)

• 명령을 처리하고 결과를 출력할 수 없는 그냥 인터페이스이다.

• 터미널의 형태로 하드웨어와 소프트웨어가 있다. minishell 의 경우 소프트웨어개념의 터미널이다.

• 터미널은 그래픽 인터페이스를 표시하고 쉘과 상호 작용할 수 있는 프로그램이다.

• 터미널은 텍스트 입력 및 출력 환경이다.

  💡 핵심은 그냥 환경이다! 컴퓨터와 상호작용하고 명령을 처리하는 것은 쉘의 역할이다.

1-2. Shell

• 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 응용 프로그램
• 입력과 출력을 파일에서 가져오도록 redirection
• 커맨드라인 인터페이스(CLI)로 구현된 프로그램
• 컴퓨터에 명령을 내리기 위한 인터페이스 역할

2. Parsing

2-1. Parsing Structure

minishell command_line Execute Flow

• command_line → tokenize → syntax check → AST parsing tree → execute_command_line(AST)

• Execute Flow Image

  

• option1 ) Parsing Linked List
  • Parsing Linked List
• option2 ) AST Parsing Tree (추상구문트리)
  • 프로그래밍 언어를 읽고 해석할때 주로 쓰임
  • 프로그래밍 언어 문법에 따라 소스코드를 트리 자료구조 형태로 관리
  • 추상구문트리로 파싱을 하면 나중에 소스 코드의 수정 및 유지보수를 할 때 더 편리할 것이라 판단하여 선택
  • 가독성이 좋은 자료구조로 만들 수 있다는 장점이 있음
  • But, 정의한 프로그래밍 문법이 올바르지 않을 때 심각한 문제를 발생시킬 수 있음

2-2. AST Structure

2-2-1. AST 란?

💡 추상 구문 트리란 입력 스트링의 구문 구조를 추상적으로 보여주는 트리이다. 유도트리보다 더 추상적인 트리라고 보면 된다.

• 연산을 중심으로 요약해서 표현한다
• AST 구조 생각한 흔적.. ( ✏️ 끄적..)

2-2-2. Blackhole-Shell EBNF

What is EBNF?

💡 프로그래밍 언어의 구문을 기술하는 데 매우 자연스러운 표기방법 프로그래밍 언어 문법 정의 방법론

• 프로그래밍 언어의 구문을 기술하는데 매우 자연스러운 표기법
• 기존의 BNF(Backus-Naur Form)에서 더 발전된 표기법
• 기존의 재귀적 정의에서 반복적 정의로 더 간편하게 나타낼 수 있게 함
• {} : 0번 이상 반복
• [ ]: 0번 혹은 1번 반복 (option)
• 마지막이 우선순위가 높은 것이다

Blackhole-Shell EBNF

<program>        -> { <pipe_line> }
<pipe_line>      -> <command> { '|' <pipe_line> }
<command>        -> [ <simple_command> ][  <redirects> ]
<simple_command> -> <exec_path> { <argv> }
<redirects>      -> <io_redirect> { <redirects> }
<io_redirect>    -> <redirect_op> <file_path>

<redirect_op>    -> '>' | '>>' | '<' | '<<'
<exec_path>      -> word | "word" | 'word'
<file_path>      -> word | "word" | 'word'
<argv>           -> word | "word" | 'word'

2-3. Blackhole-Shell Parser

blackhole-shell parse-execute flow diagram

2-3-1. Token

typedef enum e_type
{
	T_NULL,
	T_WORD,
	T_REDIRECT,
	T_PIPE
}				t_type;

typedef struct s_token
{
	t_type		type;
	char		*value;
}				t_token;

• T_NULL T_WORD T_REDIRECT T_PIPE 으로 구분되고 value 에 담아서 사용
• 토큰의 목적 별로 구분함

2-3-2. Lexical Analayzer

입력 스트링을 읽어서 토큰 형태로 분리하여 반환 (구문 분해 및 올바른 구문 형태(토큰이) 썼는지 확인하는 역할)

• get_token 함수로 AST 파싱을 하면서 Syntax Check 와 함께 value 를 반환
• match → fetch_token → get_token → lexer

match(token)

char	*match(t_type type)
{
	t_token	token;

	token = fetch_token(UPDATE);
	if (token.type == type)
		return (token.value);
	else
		throw_error_syntax(token);
	return (NULL);
}

fetch_token(fetch_type)

• GET : 현재 토큰 value 반환
• UPDATE : 토큰 업데이트 및 이전 토큰 value 반환

t_token	fetch_token(t_fetch_type type)
{
	static t_token	token;
	t_token			prev_token;

	prev_token = token;
	if (type == GET)
		return (token);
	else if (type == UPDATE)
		token = get_token();
	return (prev_token);
}

get_token

• 다음 토큰 반환

t_token	get_token(void)
{
	char	*begin;
	char	*end;
	t_token	token;
	int		flag;

	token.type = T_NULL;
	token.value = NULL;
	flag = lexical_analyzer(&token, &begin, &end);
	if (g_manager.rc >= (int)ft_strlen(g_manager.command_line))
		return (token);
	if (flag == ERROR_FLAG)
		g_manager.exit_code = EXIT_SYNTAXERR;
	token.value = bs_calloc(end - begin + 1, sizeof(char));
	if (!token.value)
		return (token);
	if (!ft_strlcpy(token.value, begin, end - begin + 1))
		return (token);
	g_manager.rc += end - begin;
	return (token);
}

2-3-2. Syntax Analyzer

입력 스트링을 (재귀 하강) 파싱, 해당 입력의 AST 를 생성하여 반환

• 재귀적으로 token 을 Tree 구조로 파싱하면서 AST 생성
• token 을 읽고, 해당 문법에 맞는지 Syntax Error 확인

2-3-3. Execute

AST 를 읽으면서 해석 및 실행

• Heredoc 실행
  • 파싱된 AST 에 따라 heredoc 먼저 실행
• Redirection 해석 및 실행해석
  • redirect_op 체크
  • in out heredoc append 실행
• Pipe 해석 및 실행
  • U_PIPE 갯수에 따라 자식 프로세스 생성 및 실행
• Command 갯수
  • single_command 일 때
    • single_command - builtin
    • single_command - general
  • multi_command 일 때
    • fork() 로 자식 프로세스 생성 및 실행

3. Redirection

• < infile : 존재하는 infile을 입력
• > outfile : 결과를 outfile로 출력
• << heredoc : 입력받은 문자열을 infile로 받고 end_text 또는 EOF로 입력 중단
• >> append : 결과를 outfile에 이어쓰기

4. Signal

4-1. Signal이란

• 프로세스간의 비동기적인 이벤트를 발생시키는 방법
• Software Interrupt
• standard signals
  • (2) SIGINT : ctrl-c
    • Action : Term
  • (3) SIGQUIT : ctrl-\
    • Action : Core
    • 코어 덤프 : 특정 시점에 코어 파일을 만들고 종료함. 코어 파일이란 비정상적으로 프로세스가 종료되는 경우, 프로세스의 영역을 코어 파일이라는 이름으로 프로그램을 실행 위치에 저장하는 파일
• bash에서의 signal 동작
  • SIGINT : print a new propmt on a newline
  • SIGQUIT : do nothing
• 시그널은 아니지만 추가로, EOF ctrl-d 를 만나면 exit the shell

4-2. signal 함수

#include <signal.h>

void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int);

• signo : 시그널의 이름
• func(int signo) : signal handler 함수
  • SIG_IGN : 시그널 무시
  • SIG_DFL : 디폴트 시그널 사용
  • 사용자 정의 함수

4-3. Process와 Signal

4-3-1. fork()

• create a child process
• pid가 다른 새로운 프로세스를 위한 메모리를 할당
• 호출한 프로세스를 새로운 공간으로 모두 복사하며 부모 프로세스와 자식 프로세스는 각자 진행

4-3-2. execve()

• execute program
• 현재 실행되고 있는 프로그램이 새로 초기화된 stack, heap, data segments와 함께 새로운 프로그램으로 대체됨

4-3-3. fork와 execve에서 signal 동작

• fork는 부모 프로세스의 signal handler를 복사해서 그대로 사용
• execve는 signal handler가 default로 reset 됨. 하지만 Ignored 상태였다면 변하지 않음.

A child created via fork(2) inherits a copy of its parent’s signal dispositions. During an execve(2), the dispositions of handled signals are reset to the default; the dispositions of ignored signals are left unchanged.

The dispositions of any signals that are being caught are reset to the default (signal(7)).

POSIX.1 specifies that the dispositions of any signals that are ignored or set to the default are left unchanged.

signal(7) - Linux manual page

execve(2) - Linux manual page

4-4. Bash에서 signal 동작

4-4-1. 부모 프로세스에서의 Signal

• SIGINT (ctrl+c)
  • 개행(\n) 출력 (새 prompt를 아래 줄에 출력하기 위함)
  • 버퍼 비우기 → rl_replace_line()
  • 새 prompt 띄우기 → rl_on_new_line(), rl_redisplay()
• SIGQUIT (ctrl+) : do nothing → SIG_IGN 사용
• init_signal.c 참고

4-4-2. 자식 프로세스에서의 Signal

• SIGINT (ctrl+c)
  • execve 에서 SIG_DFL default 동작
  • 주의! 대기중인 부모 프로세스는 종료되면 안 됨
• SIGQUIT (ctrl+)
  • execve에서 SIG_DFL default 동작
  • 주의! 대기중인 부모 프로세스는 종료되면 안됨

5. Bash Built-in commands

• bash에 내장된 명령어로 실행파일이 따로 없을 수 있다

• type 으로 확인 할 수 있다

  • builtin인 경우 [command] is a shell builtin

• simple command의 첫번째 word로 builtin을 사용하면, 쉘은 다른 프로그램을 invoking하지 않고 바로 실행함

  Builtin commands are contained within the shell itself. When the name of a builtin command is used as the first word of a simple command (see Simple Commands), the shell executes the command directly, without invoking another program. Builtin commands are necessary to implement functionality impossible or inconvenient to obtain with separate utilities.

  (GNU bash 공식문서)

  • simple commands → Blackhole-shell EBNF 참고

• builtin command가 simple command일 경우, builtin command가 simple command가 아닌 경우, general command인 경우에 따라 프로세스 fork 유무가 달라지고, 그에 따른 signal 처리도 달라진다.

• 직접 구현한 builtin commands

  => echo, cd, pwd, export, unset, env, exit