当前头条：第43回 | shell 程序读取你的命令

新读者看这里，老读者直接跳过。

本系列会以一个读小说的心态，从开机启动后的代码执行顺序，带着大家阅读和赏析 Linux 0.11 全部核心代码，了解操作系统的技术细节和设计思想。

(资料图)

本系列的 GitHub 地址如下，希望给个 star 以示鼓励（文末阅读原文可直接跳转，也可以将下面的链接复制到浏览器里打开）

https://github.com/sunym1993/flash-linux0.11-talk

本回的内容属于第五部分。

你会跟着我一起，看着一个操作系统从啥都没有开始，一步一步最终实现它复杂又精巧的设计，读完这个系列后希望你能发出感叹，原来操作系统源码就是这破玩意。

以下是已发布文章的列表，详细了解本系列可以先从开篇词看起。

开篇词

第一部分 进入内核前的苦力活

第1回 | 最开始的两行代码

第2回 | 自己给自己挪个地儿

第3回 | 做好最最基础的准备工作

第4回 | 把自己在硬盘里的其他部分也放到内存来

第5回 | 进入保护模式前的最后一次折腾内存

第6回 | 先解决段寄存器的历史包袱问题

第7回 | 六行代码就进入了保护模式

第8回 | 烦死了又要重新设置一遍 idt 和 gdt

第9回 | Intel 内存管理两板斧：分段与分页

第10回 | 进入 main 函数前的最后一跃！

第一部分总结与回顾

第二部分 大战前期的初始化工作

第11回 | 整个操作系统就 20 几行代码

第12回 | 管理内存前先划分出三个边界值

第13回 | 主内存初始化 mem_init

第14回 | 中断初始化 trap_init

第15回 | 块设备请求项初始化 blk_dev_init

第16回 | 控制台初始化 tty_init

第17回 | 时间初始化 time_init

第18回 | 进程调度初始化 sched_init

第19回 | 缓冲区初始化 buffer_init

第20回 | 硬盘初始化 hd_init

第二部分总结与回顾

第三部分 一个新进程的诞生

第21回 | 新进程诞生全局概述

第22回 | 从内核态切换到用户态

第23回 | 如果让你来设计进程调度

第24回 | 从一次定时器滴答来看进程调度

第25回 | 通过 fork 看一次系统调用

第26回 | fork 中进程基本信息的复制

第27回 | 透过 fork 来看进程的内存规划

第28回 | 番外篇 - 我居然会认为权威书籍写错了...

第29回 | 番外篇 - 让我们一起来写本书？

第30回 | 番外篇 - 写时复制就这么几行代码

第三部分总结与回顾

第四部分 shell 程序的到来第31回 | 拿到硬盘信息第32回 | 加载根文件系统第33回 | 打开终端设备文件第34回 | 进程2的创建第35回 | execve 加载并执行 shell 程序第36回 | 缺页中断第37回 | shell 程序跑起来了第38回 |操作系统启动完毕第39回 | 番外篇 -Linux 0.11 内核调试第40回 | 番外篇 - 为什么你怎么看也看不懂第四部分总结与回顾第五部分 一条 shell 命令的执行

第41回 | 番外篇 - 跳票是不可能的

第42回 | 用键盘输入一条命令

第43回 | shell 程序读取你的命令（本文）

------- 正文开始-------

新建一个非常简单的 info.txt 文件。

name:flashage:28language:java

在命令行输入一条十分简单的命令。

[root@linux0.11]catinfo.txt|wc-l3

这条命令的意思是读取刚刚的 info.txt 文件，输出它的行数。

在上一回，我们详细解读了从键盘敲击出这个命令，到屏幕上显示出这个命令，中间发生的事情。

那今天，我们接着往下走，下一步就是，shell 程序如何读取到你输入的这条命令的。

这里我们需要知道两件事情。

第一，我们键盘输入的字符，此时已经到达了控制台终端 tty 结构中的 secondary 这个队列里。

第二，shell 程序将通过上层的 read 函数调用，来读取这些字符。

//xv6-publicsh.cintmain(void){staticcharbuf[100];//读取命令while(getcmd(buf,sizeof(buf))>=0){//创建新进程if(fork()==0)//执行命令runcmd(parsecmd(buf));//等待进程退出wait();}}intgetcmd(char*buf,intnbuf){...gets(buf,nbuf);...}char*gets(char*buf,intmax){inti,cc;charc;for(i=0;i+1
看，shell 程序会通过 getcmd 函数最终调用到 read 函数一个字符一个字符读入，直到读到了换行符（\n 或 \r）的时候，才返回。
读入的字符在 buf 里，遇到换行符后，这些字符将作为一个完整的命令，传入给 runcmd 函数，真正执行这个命令。
那我们接下来的任务就是，看一下这个 read 函数是怎么把之前键盘输入并转移到 secondary 这个队列里的字符给读出来的。
read 函数是个用户态的库函数，最终会通过系统调用中断，执行 sys_read 函数。
//read_write.c//fd=0,count=1intsys_read(unsignedintfd,char*buf,intcount){structfile*file=current->filp[fd];//校验buf区域的内存限制verify_area(buf,count);structm_inode*inode=file->f_inode;//管道文件if(inode->i_pipe)return(file->f_mode&1)?read_pipe(inode,buf,count):-EIO;//字符设备文件if(S_ISCHR(inode->i_mode))returnrw_char(READ,inode->i_zone[0],buf,count,&file->f_pos);//块设备文件if(S_ISBLK(inode->i_mode))returnblock_read(inode->i_zone[0],&file->f_pos,buf,count);//目录文件或普通文件if(S_ISDIR(inode->i_mode)||S_ISREG(inode->i_mode)){if(count+file->f_pos>inode->i_size)count=inode->i_size-file->f_pos;if(count<=0)return0;returnfile_read(inode,file,buf,count);}//不是以上几种，就报错printk("(Read)inode->i_mode=%06o\n\r",inode->i_mode);return-EINVAL;}
关键地方我已经标上了注释，整体结构不看细节的话特别清晰。
这个最上层的 sys_read，把读取管道文件、字符设备文件、块设备文件、目录文件或普通文件，都放在了同一个方法里处理，这个方法作为所有读操作的统一入口，由此也可以看出 linux 下一切皆文件的思想。
read 的第一个参数是 0，也就是 0 号文件描述符，之前我们在讲第四部分的时候说过，shell 进程是由进程 1 通过 fork 创建出来的，而进程 1 在 init 的时候打开了 /dev/tty0 作为 0 号文件描述符。
//main.cvoidinit(void){setup((void*)&drive_info);(void)open("/dev/tty0",O_RDWR,0);(void)dup(0);(void)dup(0);}
而这个 /dev/tty0 的文件类型，也就是其 inode 结构中表示文件类型与属性的 i_mode 字段，表示为字符型设备，所以最终会走到 rw_char 这个子方法下，文件系统的第一层划分就走完了。
接下来我们看 rw_char 这个方法。
//char_dev.cstaticcrw_ptrcrw_table[]={NULL,/*nodev*/rw_memory,/*/dev/memetc*/NULL,/*/dev/fd*/NULL,/*/dev/hd*/rw_ttyx,/*/dev/ttyx*/rw_tty,/*/dev/tty*/NULL,/*/dev/lp*/NULL};/*unnamedpipes*/intrw_char(intrw,intdev,char*buf,intcount,off_t*pos){crw_ptrcall_addr;if(MAJOR(dev)>=NRDEVS)return-ENODEV;if(!(call_addr=crw_table[MAJOR(dev)]))return-ENODEV;returncall_addr(rw,MINOR(dev),buf,count,pos);}
根据 dev 这个参数，计算出主设备号为 4，次设备号为 0，所以将会走到 rw_ttyx 方法继续执行。
//char_dev.cstaticintrw_ttyx(intrw,unsignedminor,char*buf,intcount,off_t*pos){return((rw==READ)?tty_read(minor,buf,count):tty_write(minor,buf,count));}
根据 rw == READ 走到读操作分支 tty_read，这就终于快和上一讲的故事接上了。
以下是 tty_read 函数，我省略了一些关于信号和超时时间等非核心的代码。
//tty_io.c//channel=0,nr=1inttty_read(unsignedchannel,char*buf,intnr){structtty_struct*tty=&tty_table[channel];charc,*b=buf;while(nr>0){...if(EMPTY(tty->secondary)...){sleep_if_empty(&tty->secondary);continue;}do{GETCH(tty->secondary,c);...put_fs_byte(c,b++);if(!--nr)break;}while(nr>0&&!EMPTY(tty->secondary));...}...return(b-buf);}
入参有三个参数，非常简单。
channel 为 0，表示 tty_table 里的控制台终端这个具体的设备。buf 是我们要读取的数据拷贝到内存的位置指针，也就是用户缓冲区指针。nr 为 1，表示我们要读出 1 个字符。
整个方法，其实就是不断从 secondary 队列里取出字符，然后放入 buf 指所指向的内存。
如果要读取的字符数 nr 被减为 0，说明已经完成了读取任务，或者说 secondary 队列为空，说明不论你任务完没完成我都没有字符让你继续读了，那此时调用 sleep_if_empty 将线程阻塞，等待被唤醒。
其中 GETCH 就是个宏，改变 secondary 队列的队头队尾指针，你自己写个队列数据结构，也是这样的操作，不再展开讲解。
#defineGETCH(queue,c)\(void)({c=(queue).buf[(queue).tail];INC((queue).tail);})
同理，判空逻辑就更为简单了，就是队列头尾指针是否相撞。
#defineEMPTY(a)((a).head==(a).tail)
理解了这些小细节之后，再明白一行关键的代码，整个 read 到 tty_read 这条线就完全可以想明白了。那就是队列为空，即不满足继续读取条件的时候，让进程阻塞的 sleep_if_empty，我们看看。
sleep_if_empty(&tty->secondary);//tty_io.cstaticvoidsleep_if_empty(structtty_queue*queue){cli();while(!current->signal&&EMPTY(*queue))interruptible_sleep_on(&queue->proc_list);sti();}//sched.cvoidinterruptible_sleep_on(structtask_struct**p){structtask_struct*tmp;...tmp=*p;*p=current;repeat:current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;schedule();if(*p&&*p!=current){(**p).state=0;gotorepeat;}*p=tmp;if(tmp)tmp->state=0;}
我们先只看一句关键的代码，就是将当前进程的状态设置为可中断等待。
current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;
那么执行到进程调度程序时，当前进程将不会被调度，也就相当于阻塞了，不熟悉进程调度的同学可以复习一下 第23回 | 如果让你来设计进程调度。
进程被调度了，什么时候被唤醒呢？
当我们再次按下键盘，使得 secondary 队列中有字符时，也就打破了为空的条件，此时就应该将之前的进程唤醒了，这在上一回第42回 | 用键盘输入一条命令 一讲中提到过了。
//tty_io.cvoiddo_tty_interrupt(inttty){copy_to_cooked(tty_table+tty);}voidcopy_to_cooked(structtty_struct*tty){...wake_up(&tty->secondary.proc_list);}
可以看到，在 copy_to_cooked 里，在将 read_q 队列中的字符处理后放入 secondary 队列中的最后一步，就是唤醒 wake_up 这个队列里的等待进程。
而 wake_up 函数更为简单，就是修改一下状态，使其变成可运行的状态。
//sched.cvoidwake_up(structtask_struct**p){if(p&&*p){(**p).state=0;}}
总体流程就是这个样子的。
当然，进程的阻塞与唤醒是个体系，还有很多细节，我们下一回再仔细展开这部分的内容。
欲知后事如何，且听下回分解。
------- 关于本系列-------
本系列的开篇词看这，开篇词
本系列的番外故事看这，让我们一起来写本书？也可以直接无脑加入星球，共同参与这场旅行。
最后，本系列完全免费，希望大家能多多传播给同样喜欢的人，同时给我的 GitHub 项目点个 star，就在阅读原文处，这些就足够让我坚持写下去了！我们下回见。
 

关键词：         
       进程调度 
              
       操作系统 
              
       键盘输入