EP01 – Mini-Shell - Rede Linux IME-USP

EP01 – Mini-Shell
MAC0422 - Sistemas Operacionais – 2o. Sem./2006
Carlos Duarte do Nascimento (Nº USP 3099351)
Willian Gigliotti (Nº USP 4963454)
Introdução
Este documento descreve a implementação do EP01 (“Mini-Shell”), que consiste na
implementação de um interpretador simplificado de comandos simplificado, conforme enunciado
disponibilizado no sistema Paca/Moodle, acrescido de dois comandos extras (por ser entregue em
dupla) e da execução de processos em background (comando “&”).
Metodologia
Separamos o projeto em unidades funcionais, atribuindo cada uma a um código-fonte (e, a cada
um deles, um arquivo de header de mesmo nome, além do arquivo comum comando.h). Estes
arquivos são os seguintes:
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main.c: funcionamento central do shell (leitura da linha de comando, fork, etc.);
interpretador.c: parsing da linha de comando;
cst.c: interface (e tabela de símbolos) para os comandos customizados (internos);
comandos.c: implementação dos comandos customizados.
O mais importante foi separar o shell em si (main.c) do interpretador de comandos
(interpretador.c). A codificação foi feita usando ferramentas tradicionais (vi, gcc, make), e a
depuração foi feita inicialmente no interpretador, e para cada comando à medida em que era
implementado.
Sendo o EP em dupla, optamos por implementar os comandos ps e chmod. Este último foi feito
através das chamadas stat e chmod, enquanto que o primeiro foi feito através da leitura do
pseudo-sistema de arquivos /proc 1 , selecionando um subconjunto apropriado das informações, e
listando todos os processos visíveis.
Durante os testes, acabamos fazendo a execução de múltiplas tarefas em background (para
observar o comportamento dos dados coletados por getrusage. Isto acabou nos levando a
implementar, logo nos primeiros estágios, a opção “&”, que permite a execução de tarefas em
background.
1 Nossa preferência era por utilizar chamadas de sistema nesta implementação, tendo em vista o objetivo da atividade
proposta. Entretanto, a única alternativa que encontramos neste sentido foi o uso de um driver de kernel como o devps,
mas, por se tratar de uma alternativa não-padronizada (e possivelmente não disponível), optamos pelo parse do /proc.

Análise
Os resultados obtidos (via getrusage) foram consistentes com o exposto em sala de aula, e o
shell se mostrou capaz de executar comandos interativos e não-interativos como shells
tradicionais.
Dentre as facilidades que um shell mais completo possui, podemos citar:
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Expansão automática de wildcards em parâmetros (que permite, por exemplo, digitar vi *.txt e
editar todos os arquivos .txt);
Autocomplete (funcionlidade que, ao ser acionada por uma tecla, ex.: Tab, faz com que o shell
procure um arquivo cujo nome se inicie pelo trecho que já foi digitado)
Reconhecimento de uma linguagem script (através da implementação de conceitos como
variáveis e estruturas de fluxo, e da possibilidade de receber como parâmetro um arquivo de
comandos);
Pipelines (que permitem a execução de múltiplos processos de forma a encadear a saída de um
na entrada de outro – boa parte da operação de sistemas Unix-like consiste neste tipo de
agregação, normalmente suportada por um shell e sua linguagem script).
As informações que getrusage oferece (na struct rusage) são interessantes para um
diagnóstico pontual do processo, mas seria útil obter, por exemplo, dados históricos de utilização
dos recursos (ex.: “picos” das informações de memória nos campos ru_i?rss) 2 .
Quando encontradas, as discrepâncias entre os tempos medidos por getrusage e gettimeofday
se dão pelo fato de que o uso da primeira acaba mensurando o tempo total decorrido durante a
execução do processo (incluindo aí o tempo gasto por outros processos em execução), enquanto
que a segunda usa a “contabilidade” interna do kernel para obter apenas o tempo gasto com o
processo executado 3 .
Sobre o comando “&”, este foi efetivamente implementado. A maior mudança foi capacitar o
parser a interpretá-lo, além de fazer a “espera” pelo processo-filho ser condicional à execução em
foreground ou background. Vale lembrar que as estatísticas foram omitidas para processos em
background.
2 Por outro lado, este tipo de bookkeeping pode comprometer a performance. De qualquer forma, bibliotecas como
PerfSuite (http://perfsuite.ncsa.uiuc.edu/) oferecem a funcionalidade desejada.
3 Podem haver outras discrepâncias causadas pela “resolução” com que cada uma das informações é capturada pelas
respectivas implementações destas funções no S.O. em questão, mas julgamos esta causa menos relevantes em um
sistema multitarefa típico do que a causa efetivamente relatada.

Conclusão
Em resumo, implementamos um shell com as características pedidas, e, como exercício extra, a
execução de comandos em background (“&”), o que possibilitou fixar o conceito de fork, as
chamadas de sistema apresentadas e a visão geral do agendamento de processos e outros detalhes
interessantes do funcionamento de um S.O. baseado em Unix como o Linux.
Um dos maiores limitantes ao uso do shell é, de fato, a já mencionada ausência da expansão de
wildcards nos parämetros (indispensável já que, sob o Linux, as aplicações não tomam para si
esta responsabilidade, como ocorre me outros sistemas) e também a inexistência de pipelining.
Havendo mais tempo, poderíamos trabalhar o aspecto acima, e a expansão de parâmetros para os
comandos em si também deveria ser melhorada. A implementação de processos em background
(&) poderia também se beneficiar da exibição de dados getrusage (de forma que eles não
atrapalhassem a execução e medição de outros comandos – razão que nos levou a suspender a
exibição da estatística neste caso). O I/O para processos em background também deve ser
cuidado, particularmente se um processo interativo for (acidentalmente) lançado em background.
A proposta do projeto é bastante válida para um primeiro EP, pois é um meio-termo interessante
entre “baixo nível” (manipulação de processos, chamadas do sistema, etc.) e a segurança e
praticidade de uma aplicação rodando em user-mode. Desta forma, tanto alunos com mais
experiência em programação quanto iniciantes conseguem se beneficiar.