[minishell] 2. 프로그램 구조 및 개발 기록들

완성하기까지 총 7주. 예외처리를 하다보면 코드가 지저분해지고, 또 원래는 잘 동작했던 것들이 무용지물이 되는 경우가 많았습니다. 지쳐갈 때 쯤 힘이 되어 주었던 건 많은 42 동료의 도움덕이었고, 그래서 저도 메모했던 내용들을 자세하게 정리해서 공유하고 싶었습니다.

1. 프로그램 구조 (Flow Chart)

위의 플로우차트 및 코드 참고 !

1. 초기화 : 미니쉘에 필요한 각종 전역변수 및 리스트, 구조체 초기화를 해준다. 미니쉘에서는 SIGINT, SIGQUIT 시그널이 무시되어야 하므로 해당 시그널 처리를 해준다.

   • 그리고 우리 daelee/gaekim 팀에서는 팀 이름을 기반으로 미니쉘을 시작할 때 ASCII 그림을 띄워준다. 팀 마다 다들 개성있게 만드는 것 같다.

     

2. Loop : 그 후 메인 반복문에 진입한 뒤 사용자에게 명령어 input을 받는데, 이전 과제였던 GetNextLine 함수를 이용했다.

3. Parse 및 Process 생성 : input을 명령어 프로세스 별로 처리할 수 있도록 파싱하는 과정이 필요하다. 우리는 처음에 크게 파싱과 실행으로 역할분담을 했었다. 파싱에서는 input을 null, 세미콜론, 파이프 기준으로 분해해 연결리스트 노드에 담았다. 그리고 그 노드를 프로세스의 단위로 사용했다.

4. Builtin 명령어 / Redirection 처리 : 각 프로세스는 구조체에 char **comdline과 int flag를 가지고 있다. 플래그에 따라 미니쉘 과제에 따라 구현한 builtin 명령어면 exec_builtin을, exec_redir를 실행한다. 만약 쉘 내부 명령이면서 그 명령이 exit였다면 미니쉘을 종료한다.

5. fork() : 그 외의 모든 명령어(execve, pipe)는 fork 함수를 사용해 실행한다. 둘 다 자식프로세스를 만든다는 공통점이 있지만 분기를 만들어준 이유는 파이프 플래그가 있다면 dup2 함수로 프로세스 간의 표준입출력을 연결해줘야하기 때문이다.

6. Loop : 순차 수행에 따라서 모든 명령어 처리가 완료되었다면, 다시 프롬프트를 띄워서 명령어를 받아들이고 작업을 계속 수행한다. 기본적으로 부모 프로세스은 exit 를 만나기 전까진 지속적으로 수행되는 것이 보장된다.

2. Develop minishell

홀리그래프에는 약 2주가 소요될거라고 써있었지만... 미니쉘을 완성하기까지 총 7주가 걸렸다.

미니쉘은 과제를 어떻게 해석하냐에 따라, 그리고 개발하는 입장에서 어느 수준까지 bash와 비슷하게 구현하냐에 따라 처리해야할 예외의 경우의 수가 엄청 나게 많아질 수 있다. 예외처리들을 하다보면 코드가 점점 길어지고, 지저분해지고, 또 원래는 잘 동작했던 것들이 다시 또 무용지물이 되는 경우가 많았다.

지쳐갈 때 쯤 계속 힘이 되어 주었던 건 함께, 먼저 미니쉘을 학습했던 동료의 도움 덕이었고, 그래서 나도 최대한 자세하게 과제를 진행하며 메모했던 내용들을 정리해서 공유하고 싶었다.

그리고 "우리는 미니쉘이 빅쉘이 되는 것을 원치 않는다"는 어떤 42Paris 슬랙의 스레드를 봤다. 그게 42의 공식 입장(?)이라고 믿고 우리가 할 수있는 것들에만 집중했다. (변명스)

1. 파싱

사용자의 input을 담는 과정에 대한 설명은 생략했다. 역할을 분담해 개발했기 때문에 대략의 흐름만 나 스스로 이해하기 위해 정리했다.

typedef struct    s_list
{
    void                    *content;
    struct s_list    *next;
}                                t_list;

typedef struct s_cmd
{
    char    **cmdline; // cmdline[0] = "echo", cmdline[1] = "hi", cmdline[2] = NULL
    int        flag; // flag 0: 세미콜론 또는 NULL, flag 1: 파이프
    char    quote; // 파싱과정에서 ' 또는 " 를 저장, 짝을 찾으면 0으로 초기화 됨.
}                 t_cmd;

typedef struct s_data
{
    t_list    *lstlast;
    t_cmd     *cmd; //위의 t_cmd 구조체를 t_data 안에 선언함으로써 t_data만으로 2개의 구조체 사용 가능
    char     *buff;
    ...
}                t_data;

void    exec_proc(t_list *head) // 인자는 연결리스트의 헤드포인터
{
    t_list    *cur_proc;
    t_cmd    *cmd;

    cur_proc = head->next;
    while (cur_proc != NULL)
    {
        cmd = cur_proc->content; // 각 노드의 content는 data->cmd의 주소를 갖는다.
        if (cmd->cmdline[0]) // 명령어가 있으면 실행
        {
            if (cmd->flag == 1)
                 exec_pipe(cur_proc, cmd);
      else if (cmd->flag == 0)
                exec_cmd(cmd->cmdline); // 인자는 cur_proc->content->cmdline
        }
        cur_proc = cur_proc->next; // 다음 노드로 이동
    }
    ft_lstclear(&head, free_cmdline); // 연결리스트 비워줌
}

• 노드는 프로세스 단위로 자른다.

  • NULL, 세미콜론, 파이프 3가지를 제외하고는 글자를 buff에 계속해서 담음

• 각 노드는 t_list 자료형으로 content와 next를 갖고 있다

• 각 노드의 content는 t_data->t_cmd를 저장하고 있다.

• t_cmd 구조체는 char **cmdline과 int flag, char quote를 담고 있다.

• cmdline은 각 프로세스의 명령줄을 담고 있다.

  • ex. cmdline={ "ls", "-al" , NULL }

• cur_proc은 현재 가리키고 있는 노드의 주소

• 반복문을 돌면서 cur_proc = cur_proc->next 로 다음 노드로 이동, 명령어를 실행한다.

  • 실행 단위 : cur_proc->content->->cmdline[0]

2. 쉘 내부 명령어 처리

1. cd

1.1. 평가 항목

• Use the command cd to move the working directory and check if you are in the right directory with /bin/ls

• Repeat multiple times with working and not working cd

• try ‘.’ ‘..’ as arguments too

1.2. 구현한 케이스

• cd, cd ~ 일때

  • -> HOME 경로 찾아서 path에 저장 후 이동

• cd $변수 일때

  • -> 변수 경로 찾아서 path에 저장 후 이동

• cd ~ 234 (cd ~ 후 인자가 들어왔을 때)

  • -> 에러메세지 없이 ~로 이동

• cd $HSIDHSIHD (없는 환경변수일때)

  • -> 에러메세지 없이 ~로 이동

1.3. 에러 메세지

• cd 234 987 (cd 인자가 두 개 이상일때)

  • minishell: cd: 234: No such file or directory

• unset HOME 한 후 cd $HOME 했을 때

  • "minishell: cd: HOME not set"

• 올바르지 않은 폴더 경로일때

  • "minishell: cd: 인자: No such file or directory"

1,4. OLDPWD

• 현재 경로를 getcwd로 저장해놨다가 cd 하면 $OLDPWD 와 $PWD를 새로 ft_export 해준다.

1.5 굳이 안해도 되지만 하면 좋은 것

1. cd -

• OLDPWD로 이동

2. cd ~ 와 ~ , 그러나 미니쉘에서 ~ 의 제대로 된 구현은 불가능 하다

• cd 에서 ~ 를 제대로 구현하는게 불가능 하다는 걸 알게됐다.

• 나는 ~ 가 home 환경변수를 찾아서 거기로 이동시켜주면 되는거라고 생각했는데, home 환경변수를 지워버려도 이동이 된다.

• bash에 ~ 만 입력해도 내 home 경로가 뜨는 걸 보면, 그냥 bash 시스템 자체에서 ~ 를 home 주소로 자동으로 변경해주는 것 같다. 환경변수랑은 상관없는, 미니쉘 허용함수로는 구현할 수 없는 별도의 기능인 같다. 마치 $? 처럼!

• bash에 대한 공식 문서를 보더라도 .. , . , _ 에 대한 얘기는 있는데 ~ 에 대한 얘기는 없는 걸 보면 정말 그런 것 같다.

  

2. echo

2.1. 평가 항목

• Execute the echo command with or without arguments or options

• Repeat multiple times with different arguments

2.2. 구현한 케이스

• option 플래그가 0이면 \n 개행 출력.

• 싱글쿼트일 때 환경변수 치환하지않고 그대로 출력.

  /Users/daelee/Desktop/42cursus/minishell $ echo '$PWD'
  > $PWD
  /Users/daelee/Desktop/42cursus/minishell $ echo "$PWD"
  > /Users/daelee/Desktop/42cursus/minishell
• echo $?

  • g_exit_status 값 출력.

• echo -nnnnnn hello

  • -> echo -n hello 와 동일

• echo hello ; ; 혹은 echo hello | |

  • -> syntax error near unexpected token;'` (258)

3. exit

3.1. 평가 항목

• Execute exit command with or without arguments

• Repeat multiple times with different arguments

• Don’t forget to relaunch the minishell

3.2. 구현한 케이스

1. exit 만 입력 받았다면 exit 출력 후 EXIT_SUCCESS 넘기며 종료

2. exit 뒤에 인자가 있다면 그 인자를 부모에게 상태값으로 전달 (ex exit 127), exit 출력하지 않고 종료

3. exit 뒤의 숫자 인자가 2개 이상이라면 "exit\n" "bash: exit: too many arguments" 두 줄 출력 후 쉘 종료 X

   /Users/daelee/Desktop/42cursus/minishell$ exit 123 456 
   exit
   minishell: exit: too many arguments
   /Users/daelee/Desktop/42cursus/minishell$
4. exit 뒤의 인자가 숫자가 아니라면 "bash: exit: 첫 번째 인자: numeric argument required" 출력 후 쉘 종료

   /Users/daelee/Desktop/42cursus/minishell$ exit test hello
   minishell: exit: test: numeric argument required
   ✘ daelee@daelee  ~/Desktop/42cursus/minishell   error_daelee ±  (zsh)
5. 파이프 뒤에 있다면 자식프로세스의 exit이기 때문에 쉘 종료 X

4. export

4.1. 평가 항목

• Export environment variables, create new ones and replace old ones

• Check them with env

4.2. 구현한 케이스

• 명령어가 export 하나면 print_export(g_envp)

• 명령어가 export z 와 같은 식으로 인자가 하나면 환경변수에 저장되지 않음.

• 명령어가 export key=value 일 때 1. 이미 존재하는 환경변수면 free 후 새로 dup 2. 새로운 환경변수면 원래 크기 + 2 짜리 **new 생성 1. 기존 환경변수 dup 하고 2. 새 환경변수, NULL 추가 3. 기존 환경변수 free 해주고 **new로 대체

• 파이프 뒤에 있다면 자식프로세스의 export이기 때문에 환경변수 생성 X

• key가 숫자만 있으면 안 됨.

  • value에는 숫자가 들어가도 됨.

• 작은, 큰 따옴표 제거하고 환경변수 목록에 추가되어야 함.

5. unset

5.1. 체크리스트

• Export environment variables, create new ones and replace old ones

• Use unset to remove some of them

• Check the result with env

5.2. 구현한 케이스

• 인자로 들어온 환경변수가 유효한지 검사

  • 문자/숫자/_로 시작해야함

• 이미 존재하는 환경변수인지 검사

• 파이프 뒤에 있다면 자식프로세스의 unset이기 때문에 환경변수 삭제 X

3. PATH 프로그램 명령어 실행

3.1. 구현시 사용한 함수

• execve(char 실행파일명, char *옵션, char 환경변수)

  • 외부 프로그램을 실행시키는 명령어, 실행파일 명은 경로(ls는 /bin/ls)까지 입력해야 하며 정상 실행 시 프로세스가 종료된다. 실패시 프로세스는 유지되며 execve 다음 명령어가 실행이 됨.

  • 자식 프로세스에서 execve를 사용할 것이다.

• fork()

  • 자식 프로세스를 생성하는 명령어이다. 반환값으로 부모 프로세스는 자식의 PID값을, 자식 프로세스는 0을 갖게 된다.

• wait(int *stauts)

  • status는 자식 프로세스가 종료될 때의 상태 정보이다. 자식 프로세스가 정상적으로 종료되면 status의 하위 8bit에는 0이 저장되고 상위 8bit에는 exit(인자)의 '인자'가 저장된다. 출처
  • wait() 를 쓰면 자식프로세스가 종료할때까지 해당영역에서 부모프로스쓰가 sleep() 모드로 기다리게 된다. 이는 자식프로세스와 부모프로세스의 동기화를 위한목적으로 부모프로세스가 자식프로세스보다 먼저 종료되어서 자식프로세스가 고아 프로세스(PPID 가 1)인 프로세스가 되는걸 방지하기 위한 목적이다. 출처 및 &status 예제
• stat(const char restrict path, struct stat restrict buf);

  • 첫 번째 인자로 주어진 경로명에 대해, stat 함수는 그 이름의 파일에 대한 정보들을 담은 구조체(buf)를 돌려준다. 이 때 buf는 char *가 아니라 stat이라는 구조체라는 점을 주의할 것!

  • 두 번째 인자는 우리가 제공해야 할 구조체의 포인터이다. 이 함수는 그 구조체를 채워주는 역할을 한다.

  • stat 함수를 사용해야하는 가장 큰 이유는 파일의 모든 정보를 알아야 하는 ls -l 명령 때문. 출처
  • 성공 0, 실패 -1 리턴.

3.2. fork 를 하고 exec을 하는 이유

fork()없이 exec()만 사용한다면 부모프로세스로 돌아올 방법이 없는데, fork()를 사용함으로서 병행으로 프로세스 실행 + exec 종료 후 다시 돌아올 프로세스 위치를 기억할 수 있게된다. 아래 그림이 이해에 도움이 된다.

undefined

4. 시그널

• 자세한 내용을 [minishell] 3. 시그널(Signal) 처리하기에 정리했습니다.

5. 에러메세지

• 자세한 내용을 [minishell] 4. 종료상태와 에러메세지 처리 에 정리했습니다.

6. 파이프(Pipe) 처리

• 자세한 내용을 [minishell] 5. 파이프(Pipe) 처리에 정리했습니다.

7. 리다이렉션(Redirection) 처리

• 자세한 내용을 [minishell] 6. 리다이렉션(Redirection) 처리에 정리했습니다.