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进程管理相关篇为:

系列篇从内核视角用一句话概括shell的底层实现为:两个任务,三个阶段。其本质是独立进程,因而划到进程管理模块。每次创建shell进程都会再创建两个任务。

  • 客户端任务(ShellEntry): 负责接受来自终端(控制台)敲入的一个个字符,字符按VT规范组装成一句句的命令。
  • 服务端任务(ShellTask): 对命令进行解析并执行,将结果输出到控制台。

而按命令生命周期可分三个阶段。

  • 编辑: 鸿蒙在这个部分实现了一个简单的编辑器功能,处理控制台输入的每个字符,主要包括了对控制字符 例如 <ESC>\t\b\n\r,四个方向键0x41 ~ 0x44 的处理。
  • 解析: 对编辑后的字符串进行解析,解析出命令项和参数项,找到对应的命令项执行函数。
  • 执行: 命令可通过静态和动态两种方式注册到内核,解析出具体命令后在注册表中找到对应函数回调。将结果输出到控制台。

编辑部分由客户端任务完成,后两个部分由服务端任务完成,命令全局注册由内核完成。

  • 本篇主要说 客户端任务编辑过程
  • 服务端任务解析/执行过程 已在(Shell解析篇)中说明,请自行翻看。

什么是 Shell

从用户视角看,shell是用户窥视和操作内核的一个窗口,内核并非铁板一块,对应用层开了两个窗口,一个是系统调用,一个就是shell,由内核提供实现函数,由用户提供参数执行。区别是 shell是由独立的任务去完成,可通过将shell命令序列化编写成独立的,简单的shell程序,所以shell也是一门脚本语言,系统调用是依附于应用程序的任务去完成,能做的有限。通过shell窗口能看到 cpu的运行情况,内存的消耗情况,网络的链接状态等等。

鸿蒙 Shell 代码在哪

shell对应的概念是kernel,在鸿蒙内核,这两部分代码是分开放的,shell代码在 查看 shell 代码 ,目录结构如下。

├─include
│      dmesg.h
│      dmesg_pri.h
│      shcmd.h
│      shcmdparse.h
│      shell.h
│      shell_lk.h
│      shell_pri.h
│      shmsg.h
│      show.h
│
└─src
    ├─base
    │      shcmd.c
    │      shcmdparse.c
    │      shell_lk.c
    │      shmsg.c
    │      show.c
    │
    └─cmds
            date_shellcmd.c
            dmesg.c
            hwi_shellcmd.c
            shell_shellcmd.c
            watch_shellcmd.c
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Shell 控制块

跟进程,任务一样,每个概念的背后需要一个主结构体来的支撑,shell的主结构体就是ShellCB,掌握它就可以将shell拿捏的死死的,搞不懂这个结构体就读不懂shell的内核实现。所以在上面花再多功夫也不为过。

typedef struct {
    UINT32   consoleID;	//控制台ID
    UINT32   shellTaskHandle;	//shell服务端任务ID
    UINT32   shellEntryHandle;	//shell客户端任务ID
    VOID     *cmdKeyLink;		//待处理的shell命令链表
    VOID     *cmdHistoryKeyLink;//已处理的历史记录链表,去重,10个
    VOID     *cmdMaskKeyLink;	//主要用于方向键上下遍历历史命令
    UINT32   shellBufOffset;	//buf偏移量
    UINT32   shellKeyType;	//按键类型
    EVENT_CB_S shellEvent;	//事件类型触发
    pthread_mutex_t keyMutex;	//按键互斥量
    pthread_mutex_t historyMutex;	//历史记录互斥量
    CHAR     shellBuf[SHOW_MAX_LEN];	//shell命令buf,接受键盘的输入,需要对输入字符解析。
    CHAR     shellWorkingDirectory[PATH_MAX];//shell的工作目录
} ShellCB;
//一个shell命令的结构体,命令有长有短,鸿蒙采用了可变数组的方式实现
typedef struct {
    UINT32 count;	//字符数量
    LOS_DL_LIST list;	//双向链表
    CHAR cmdString[0];	//字符串,可变数组的一种实现方式。
} CmdKeyLink;

enum {
    STAT_NOMAL_KEY,	//普通的按键
    STAT_ESC_KEY,	//<ESC>键在VT控制规范中时控制的起始键
    STAT_MULTI_KEY	//组合键
};
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解读

  • 鸿蒙支持两种方式在控制台输入Shell命令,关于控制台请自行翻看控制台篇。
    • 在串口工具中直接输入Shell命令 CONSOLE_SERIAL
    • telnet工具中输入Shell命令 CONSOLE_TELNET
  • shellTaskHandleshellEntryHandle编辑/处理shell命令的两个任务ID,本篇重点说后一个。
  • cmdKeyLinkcmdHistoryKeyLinkcmdMaskKeyLink是三个类型为CmdKeyLink的结构体,本质是双向链表,对应编辑shell命令过程中的三个功能。
    • cmdKeyLink 待执行的命令链表
    • cmdHistoryKeyLink 存储命令历史记录的,即: history命令显示的内容
    • cmdMaskKeyLink 记录按上下方向键输出的内容,这个有点难理解,自行在shell中按上下方向键自行体验
  • shellBufOffsetshellBuf是成对出现的,其中存放的就是用户敲入处理后的字符。
  • keyMutexhistoryMutex为操作链表所需的互斥锁,内核用的最多的就是这类锁。
  • shellEvent用于任务之间的通讯,比如。
    • SHELL_CMD_PARSE_EVENT:编辑完成了通知解析任务开始执行
    • CONSOLE_SHELL_KEY_EVENT:收到来自控制台的CTRL + C信号产生的事件。
  • shellKeyType 按键的类型,分三种 普通,键,组合键
  • shellWorkingDirectory 工作区就不用说了,从哪个目录进入shell

创建 Shell

//shell进程的入口函数
int main(int argc, char **argv)
{
    //...
    g_shellCB = shellCB;//全局变量,说明鸿蒙同时只支持一个shell进程
    return OsShellCreateTask(shellCB);//初始化两个任务
}
//创建shell任务
STATIC UINT32 OsShellCreateTask(ShellCB *shellCB)
{
    UINT32 ret = ShellTaskInit(shellCB);//执行shell命令的任务初始化
    if (ret != LOS_OK) {
        return ret;
    }
    return ShellEntryInit(shellCB);//通过控制台接收shell命令的任务初始化
}
//进入shell客户端任务初始化,这个任务负责编辑命令,处理命令产生的过程,例如如何处理方向键,退格键,回车键等
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 ShellEntryInit(ShellCB *shellCB)
{
    UINT32 ret;
    CHAR *name = NULL;
    TSK_INIT_PARAM_S initParam = {0};

    if (shellCB->consoleID == CONSOLE_SERIAL) {
        name = SERIAL_ENTRY_TASK_NAME;
    } else if (shellCB->consoleID == CONSOLE_TELNET) {
        name = TELNET_ENTRY_TASK_NAME;
    } else {
        return LOS_NOK;
    }

    initParam.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)ShellEntry;//任务入口函数
    initParam.usTaskPrio   = 9; /* 9:shell task priority */
    initParam.auwArgs[0]   = (UINTPTR)shellCB;
    initParam.uwStackSize  = 0x1000;
    initParam.pcName       = name;
    initParam.uwResved     = LOS_TASK_STATUS_DETACHED;

    ret = LOS_TaskCreate(&shellCB->shellEntryHandle, &initParam);//创建任务
#ifdef LOSCFG_PLATFORM_CONSOLE
    (VOID)ConsoleTaskReg((INT32)shellCB->consoleID, shellCB->shellEntryHandle);//将任务注册到控制台
#endif

    return ret;
}
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解读

  • mainshell进程的主任务,每个进程都会创建一个默认的线程(任务),这个任务的入口函数就是大家熟知的main函数,不清楚的自行翻看任务管理各篇有详细的说明。
  • main任务再创建两个任务,即本篇开头说的两个任务,本篇重点说其中的一个 ShellEntry,任务优先级为9,算是较高优先级。
  • 指定内核栈大小为0x1000 = 4K ,因任务只负责编辑处理控制台输入的字符,命令的执行在其他任务,所以4K的内核空间足够使用。
  • ShellEntry为入口函数,这个函数的实现为本篇的重点

ShellEntry | 编辑过程

LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR UINT32 ShellEntry(UINTPTR param)
{
    CHAR ch;
    INT32 n = 0;
    ShellCB *shellCB = (ShellCB *)param;

    CONSOLE_CB *consoleCB = OsGetConsoleByID((INT32)shellCB->consoleID);//获取控制台
    if (consoleCB == NULL) {
        PRINT_ERR("Shell task init error!\n");
        return 1;
    }

    (VOID)memset_s(shellCB->shellBuf, SHOW_MAX_LEN, 0, SHOW_MAX_LEN);//重置shell命令buf

    while (1) {
#ifdef LOSCFG_PLATFORM_CONSOLE
        if (!IsConsoleOccupied(consoleCB)) {//控制台是否被占用
#endif
            /* is console ready for shell ? */
            n = read(consoleCB->fd, &ch, 1);//从控制台读取一个字符内容,字符一个个处理
            if (n == 1) {//如果能读到一个字符
                ShellCmdLineParse(ch, (pf_OUTPUT)dprintf, shellCB);
            }
            if (is_nonblock(consoleCB)) {//在非阻塞模式下暂停 50ms
                LOS_Msleep(50); /* 50: 50MS for sleep */
            }
#ifdef LOSCFG_PLATFORM_CONSOLE
        }
#endif
    }
}
//对命令行内容解析
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR VOID ShellCmdLineParse(CHAR c, pf_OUTPUT outputFunc, ShellCB *shellCB)
{
    const CHAR ch = c;
    INT32 ret;
	//不是回车键和字符串结束,且偏移量为0
    if ((shellCB->shellBufOffset == 0) && (ch != '\n') && (ch != '\0')) {
        (VOID)memset_s(shellCB->shellBuf, SHOW_MAX_LEN, 0, SHOW_MAX_LEN);//重置buf
    }
	//遇到回车或换行
    if ((ch == '\r') || (ch == '\n')) {
        if (shellCB->shellBufOffset < (SHOW_MAX_LEN - 1)) {
            shellCB->shellBuf[shellCB->shellBufOffset] = '\0';//字符串结束
        }
        shellCB->shellBufOffset = 0;
        (VOID)pthread_mutex_lock(&shellCB->keyMutex);
        OsShellCmdPush(shellCB->shellBuf, shellCB->cmdKeyLink);//解析回车或换行
        (VOID)pthread_mutex_unlock(&shellCB->keyMutex);
        ShellNotify(shellCB);//通知任务解析shell命令
        return;
    } else if ((ch == '\b') || (ch == 0x7F)) { /* backspace or delete(0x7F) */ //遇到删除键
        if ((shellCB->shellBufOffset > 0) && (shellCB->shellBufOffset < (SHOW_MAX_LEN - 1))) {
            shellCB->shellBuf[shellCB->shellBufOffset - 1] = '\0';//填充`\0`
            shellCB->shellBufOffset--;//buf减少
            outputFunc("\b \b");//回调入参函数
        }
        return;
    } else if (ch == 0x09) { /* 0x09: tab *///遇到tab键
        if ((shellCB->shellBufOffset > 0) && (shellCB->shellBufOffset < (SHOW_MAX_LEN - 1))) {
            ret = OsTabCompletion(shellCB->shellBuf, &shellCB->shellBufOffset);//解析tab键
            if (ret > 1) {
                outputFunc("OHOS # %s", shellCB->shellBuf);//回调入参函数
            }
        }
        return;
    }
    /* parse the up/down/right/left key */
    ret = ShellCmdLineCheckUDRL(ch, shellCB);//解析上下左右键
    if (ret == LOS_OK) {
        return;
    }
	
    if ((ch != '\n') && (ch != '\0')) {//普通的字符的处理
        if (shellCB->shellBufOffset < (SHOW_MAX_LEN - 1)) {//buf范围
            shellCB->shellBuf[shellCB->shellBufOffset] = ch;//直接加入
        } else {
            shellCB->shellBuf[SHOW_MAX_LEN - 1] = '\0';//加入字符串结束符
        }
        shellCB->shellBufOffset++;//偏移量增加
        outputFunc("%c", ch);//向终端输出字符
    }

    shellCB->shellKeyType = STAT_NOMAL_KEY;//普通字符
}
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解读

  • ShellEntry内部是个死循环,不断的读取控制台输入的每个字符,注意是按字符处理。
  • 处理四个方向,换行回车,tabbackspacedeleteesc 等控制键,相当于重新认识了下Ascii表。可以把shell终端理解为一个简单的编辑器。
    • 按回车键 表示完成前面的输入,进入解析执行阶段。

    • 按方向键 要显示上/下一个命令的内容,一直按就一直显示上上/下下命令。

    • tab键 是要补齐命令的内容,目前鸿蒙支持如下命令:

          arp           cat           cd            chgrp         chmod         chown         cp            cpup          
          date          dhclient      dmesg         dns           format        free          help          hwi           
          ifconfig      ipdebug       kill          log           ls            lsfd          memcheck      mkdir         
          mount         netstat       oom           partinfo      partition     ping          ping6         pwd           
          reset         rm            rmdir         sem           statfs        su            swtmr         sync          
          systeminfo    task          telnet        test          tftp          touch         umount        uname         
          watch         writeproc  
      
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      例如:当在控制台按下 chtab键后会输出以下三个

      chgrp         chmod         chown
      
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      内容,这些功能对使用者而已看似再平常不过,但都需要内核一一实现。

  • shellBuf存储编辑结果,当按下回车键时,将结果保存并交付给下一个阶段使用。

百文说内核 | 抓住主脉络

  • 百文相当于摸出内核的肌肉和器官系统,让人开始丰满有立体感,因是直接从注释源码起步,在加注释过程中,每每有心得处就整理,慢慢形成了以下文章。内容立足源码,常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景,具有画面感,容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念,那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生,倍感亲切。
  • 与代码需不断debug一样,文章内容会存在不少错漏之处,请多包涵,但会反复修正,持续更新,v**.xx 代表文章序号和修改的次数,精雕细琢,言简意赅,力求打造精品内容。
  • 百文在 < 鸿蒙研究站 | 开源中国 | 博客园 | 51cto | csdn | 知乎 | 掘金 > 站点发布,百篇博客系列目录如下。

按功能模块:

基础知识 进程管理 任务管理 内存管理
双向链表
内核概念
源码结构
地址空间
计时单位
优雅的宏
钩子框架
位图管理
POSIX
main函数
调度故事
进程控制块
进程空间
线性区
红黑树
进程管理
Fork进程
进程回收
Shell编辑
Shell解析
任务控制块
并发并行
就绪队列
调度机制
任务管理
用栈方式
软件定时器
控制台
远程登录
协议栈
内存规则
物理内存
内存概念
虚实映射
页表管理
静态分配
TLFS算法
内存池管理
原子操作
圆整对齐
通讯机制 文件系统 硬件架构 内核汇编
通讯总览
自旋锁
互斥锁
快锁使用
快锁实现
读写锁
信号量
事件机制
信号生产
信号消费
消息队列
消息封装
消息映射
共享内存
文件概念
文件故事
索引节点
VFS
文件句柄
根文件系统
挂载机制
管道文件
文件映射
写时拷贝
芯片模式
ARM架构
指令集
协处理器
工作模式
寄存器
多核管理
中断概念
中断管理
编码方式
汇编基础
汇编传参
链接脚本
内核启动
进程切换
任务切换
中断切换
异常接管
缺页中断
编译运行 调测工具
编译过程
编译构建
GN语法
忍者无敌
ELF格式
ELF解析
静态链接
重定位
动态链接
进程映像
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系统安全
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