入門シェル実装

1. 入門シェル @genya0407

2. 自己紹介

3. 自己紹介 ● @genya0407 ● 京都大学熊野寮在住 ● CAMPHOR- (元)運営メンバー ○ 4月から東京で就職 ● 最近よく使う言語 ○ Haskell ○ Rust ○ Ruby ● 最近バズったもの ○ 熊野寮でマイニングを禁止した話 ○ ファストフード検索

4. 本題

5. Question ● シェルを知っている？ ● シェルを日常的に使っている？ ● シェルの作り方を知っている？

6. 本トークの概要シェルを使っている人に「自分にもシェルが作れそう！」という気持ちになってほしい ※ UNIX系OSを仮定 ● Mac ● Linux 入門シェル入門シェル実装

7. ● シェルの復習 ● シェルとOS ● シェルの実装 ● デモ

8. 本トークにおける「シェル」 ● 文字ベースでOSを操作するアプリケーション ● コマンドを実行できる ● シンプルなコマンドの組み合わせ →複雑な操作を実現

9. シェルの機能 $ cat members.txt $ cat members.txt | grep genya0407 コマンド実行パイプリダイレクト $ gcc hoge.c && ./a.out その他制御構文，変数など $ ls hoge || mkdir hoge $ if $A == $B; then touch $A fi$ mkdir hoge; cd hoge 本トークで解説実質プログラミング言語シェルの ”本質” ではない → 割愛自作シェルには一部実装 $ ls > files.txt 時間の都合上割愛

10. ● シェルの復習 ● シェルとOS ○ プロセス ○ カーネル ○ システムコール ● シェルの実装 ● デモ

11. シェルとOS ● OS：コンピューターを管理するソフトウェア ● シェルの実装に使うOSの機能を説明 ○ プロセス ○ カーネル ○ システムコール

12. 「プログラムの動作中のインスタンス」 - Wikipedia プログラムプロセスプロセスシェルも１つのプロセスプロセスには制約がある $ python main.py プロセスが起動

13. プロセスの制約ファイルの読み書きネットワークアクセス他プロセスとのやりとりプロセスの起動プロセスは，自分の「外部」にアクセスできない → カーネルにお願いする

14. カーネルカーネル：　OSの中核にある　「特権」を持つ　プログラム特権： - ネットワーク - ファイルへのアクセス - プロセスの管理カーネルプロセスプロセスプロセスプロセスネットワークファイルカーネルにお願いする手段　＝システムコール

15. システムコールカーネルプロセスプロセスプロセスプロセスネットワークファイルシステムコール：　プロセスがカーネルに　「お願い」する手段 ● open ● read ● write ● pipe ● fork ● exec ● wait ● select ● mmap ● chdir ● dup ● exit etc... ● ネットワーク ● ファイル ● プロセス間通信

16. OSの機能のまとめ ● プロセスは「外部」に干渉できない ● カーネルは全ての権限を持つ ● プロセスはシステムコールで外部に干渉する

17. ● シェルの復習 ● シェルとOS ● シェルの実装 ○ コマンド実行 ○ パイプ ● デモ

18. シェルの機能 $ cat members.txt $ cat members.txt | grep genya0407 コマンド実行パイプリダイレクト $ gcc hoge.c && ./a.out その他制御構文，環境変数など $ ls hoge || mkdir hoge $ if $A == $B; then touch $A fi$ mkdir hoge; cd hoge 本トークで解説 $ ls > files.txt 割愛

19. $ cat members.txt $ cat members.txt | grep genya0407 コマンド実行パイプ

20. コマンド実行 $ cat members.txt ● 例はcatプログラムを実行 ● シェルの外部にあるプログラムを呼び出す (catはシェルのソースコードに含まれていない) ● シェルもプロセスの1つ ● プロセスの制約：自分の「外部」にはアクセスできないどうやって外部プログラムを実行する？ → forkシステムコール　 execシステムコールを使う

21. fork と exec fork：自分(プロセス)のコピーを作る exec：他のプログラムに「変身」する fork exec forkしたい！ execしたい！

22. コマンド実行の実装 fork forkしてexec exec(“cat”) 終了次のコマンドを待つ $ cat members.txt シェル cat

23. 誤ったコマンド実行の実装 forkせずにexec exec(“cat”) 終了 $ cat members.txt シェル cat コマンドを１つ実行するたびにシェルが終了する

24. コマンド実行のまとめ fork + exec → コマンド実行

26. パイプ $ cat members.txt | grep genya0407 ● 左のコマンドの出力を，右のコマンドに入力する ● プロセス間での情報のやりとりが必要どうやって他のプロセスと通信する？ → pipe システムコールを使う ● プロセスの制約：他プロセスに干渉できない

27. pipe と pipe システムコール pipe pipe pipe ● pipe： OSの機能．プロセス間の通信手段． ● pipeシステムコール：パイプを作成する

28. パイプの実装 pipeを作ってforkしてexec シェル $ cat members.txt | grep genya0407 pipe fork pipeを閉じる次のコマンドを待つ exec exec cat grep 終了終了 fork

29. 誤ったパイプの実装 forkしてpipe シェル $ cat members.txt | grep genya0407 fork 次のコマンドを待つ pipe pipe 別のパイプになる　→通信できない

30. パイプのまとめ fork + exec + pipe → パイプ

32. ● シェルの復習 ● シェルとOS ● シェルの実装 ● デモ

33. 自作シェルのデモ $ cat members.txt $ cat members.txt | grep genya0407 コマンド実行パイプリダイレクト $ gcc hoge.c && ./a.out その他制御構文，環境変数など $ ls hoge || mkdir hoge $ if $A == $B; then touch $A fi$ mkdir hoge; cd hoge $ ls > files.txt 実装済未実装解説済コマンドのリクエスト？

34. まとめ

35. まとめ ● 今回話したこと ○ シェルは文字ベースでOSを操作するアプリケーション ○ シェルを作るにはプロセス，カーネル，システムコールへの理解が必要 ○ シェルは自作可能！ ○ “車輪の再開発” は楽しい！！ ○ 「ぼくがかんがえたさいきょうのシェル」を作ろう！！！ ● 今回話さなかったこと ○ リダイレクト，制御構文，環境変数，ビルトインコマンド ○ パーサーの実装方法 ○ タブ補完の実現方法 ○ 本当にシェルを作りたい人はあとで聞いてください

36. おわり Thank you ! Any Questions ?

37. 付録 ● デモで動かしたシェルのソースコード ○ genya0407/hash-demo

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