システムプログラム 練習問題 #4

練習問題(401)

printenv コマンドは，現在のプロセスの環境変数を表示してくれる． 同様の表示をしてくれるコマンドを，C 言語のプログラムとして記述せよ．

練習問題(402)

メモリマップを確かめるプログラムを Linux 上でコンパイルし，繰り返し実行したところ，以下のようにスタックのアドレスが毎回若干変化することがわかった． この現象が起きることを実際にプログラムを実行して確認しなさい．さらに，実行するごとにスタックの場所が変わる理由を予想した後，調査しなさい．

$ ./a.out
environ:        0x7ffc47977e08
argv:           0x7ffc47977df8
stack:          0x7ffc47977d0f
bss:            0x6009d8
data:           0x6009a4
$ ./a.out
environ:        0x7ffd5246bc08
argv:           0x7ffd5246bbf8
stack:          0x7ffd5246bb0f
bss:            0x6009d8
data:           0x6009a4
$ ./a.out
environ:        0x7ffd3db44b48
argv:           0x7ffd3db44b38
stack:          0x7ffd3db44a4f
bss:            0x6009d8
data:           0x6009a4
$

練習問題(403)

以下のプログラムをコンパイル，実行すると Hello. が8回表示される． 8回表示される理由を説明しなさい．

     1  #include <stdio.h>
     2  #include <unistd.h>
     3  #include <sys/wait.h>
     4
     5  int main(void)
     6  {
     7          fork();
     8          fork();
     9          fork();
    10          printf("Hello.\n");
    11          wait(NULL);
    12          return 0;
    13  }

練習問題(404)

system は，与えられたコマンドを sh というシェルを起動して実行させるライブラリ関数である． 以下のように，コマンド行を文字列で渡すとそれを実行してくれる． リダイレクションやパイプやワイルドカードを意味する記号は system ではなく sh が解釈することに注意せよ．

     1  #include <stdio.h>
     2  #include <stdlib.h>
     3  #include <unistd.h>
     4
     5  int main(void)
     6  {
     7          system("ls *.c | wc");
     8          return 0;
     9  }

fork, execve（または相当のライブラリ関数），wait などを使用して，system 相当の機能を持つ関数 mysystem を作りなさい．

system のマニュアルページに記述されているシグナルについての仕様は無視してよい．

練習問題(405)

リダイレクションによって標準入力をファイルに切り替えるプログラムを変更し，標準出力への書き込みもファイルに対して行われるようにせよ． 書き込み先のファイルはプログラムの第2引数として受け取るものとする．

練習問題(406)

第1引数で与えられるコマンドの実行結果（exit status）に応じて，第2引数または第3引数で与えられるコマンドを実行するプログラム if-then-else を作りなさい．例えば

$ ./if-then-else "test 1 -eq 1" "echo yes" "echo no"
yes
$ ./if-then-else "test 1 -eq 2" "echo yes" "echo no"
no
$

となるようなプログラムである． fork, execve, wait などを使う練習のために，system 関数やシェルを使わずにプログラムを記述すること．

ダブルクオーテーションで囲った3つの文字列を与えるのではなく，コマンドの区切りとなる単語をあらかじめ決めておき，それによって区切りをプログラムに伝えるようにしても良い． 例えば以下は then, else を区切りとなる単語に決めたときのコマンド列である． execve を使用する場合には，if-then-else が受け取った文字列の配列の then, else に対応する要素を NULL で上書きすれば，その文字列の配列を execve にそのまま引数として渡せるので，以下の仕様のほうが，プログラムを作りやすいかもしれない．

$ ./if-then-else test 1 -eq 1 then echo yes else echo no

練習問題(407)

fork で子プロセスを作り，親プロセスと子プロセスが交互に実行を繰り返すプログラムを作りなさい．

• パイプによってプロセス切り替えを発生させ，親プロセスと子プロセスが交互に実行を繰り返すようにしなさい．
• 片方のプロセスに実行が移った後にそのプロセスが1文字出力し，その後に，もう一方のプロセスに実行を移すようにしなさい（下の実行例を参照）．
  • 両プロセスは並行に動いているので，「実行を移す」という表現は正確ではないかもしれない．ある意味では，常に両プロセスとも実行されている． ただ，パイプやファイルやネットワークからの入力待ち状態に入ったプロセスの実行は停止し，入力を受け取ったプロセスの実行は再開されるので， そのことが，「実行を移す」ような効果を生む．
• 以下に示すように，子プロセスは数字を，親プロセスはアルファベットの大文字を出力するようにしなさい．

  % ./a.out 60 
  0A1B2C3D4E5F6G7H8I9J0K1L2M3N4O5P6Q7R8S9T0U1V2W3X4Y5Z6A7B8C9D
  %
  

  子プロセスが1文字（最初は0）を出力した後，実行を親プロセスに戻し，親プロセスが1文字（最初はA）を出力した後，また実行を子プロセスに移し，子プロセスが1文字（1）を出力し…というように，親プロセスと子プロセスが交互に実行される．
• 合計何文字出力するかはプログラムへの引数で指定できるようにしなさい．
  • 実行結果は偶数の引数を指定した場合の出力と奇数の引数を指定した場合の出力の両方を含むようにすること．
• 親プロセスが終了するまでに fork で作る子プロセスは1つのみとする．すなわち，親プロセス，子プロセスともに，プロセス ID はプログラムの実行が終了するまで変わらない（fork された子プロセスが1文字出力後にすぐに exit するようなプログラムは正解とは認めない）．
• read, write, pipe, fork システムコールの返り値は必ず検査すること．
• 出力のバッファリングに注意すること．出力文字列に改行を入れたり，fflush 関数を呼び出したりしないと，出力文字列がライブラリ内部にためこまれるだけで，なかなか出力されないことがある．

練習問題(408)

練習問題(407)のプログラムを変更し，子プロセスの数をプログラムへの引数で与えられるようにしたプログラムを作りなさい．

• 子1，親，子2，親，…，子n-1 ，親，子n，親，子1，親，…というように，親プロセスを経由して子プロセスが1回ずつ順番に実行されるようにすること．
• 子プロセスが出力する数字は，子プロセスを1周するごとに1増えるようにしても良いし，次の子プロセスに切り替わるごとに1増えるようにしても良い．
• 実行結果は，出力する総文字数が偶数と奇数の場合の両方を含み，かつ，各々の子プロセスが出力する文字数が同じ場合と異なる場合の両方を含むようにすること．
• 他の条件は練習問題(407)と同じとする．

練習問題(409)

3個のプロセスの標準入出力を2つのパイプで結び，それらのプロセスがデータをパイプでやりとりするプログラムを作りなさい．

先にパイプを2つ作ってから2回 fork する方法と，1つパイプを作り fork し，もう1つパイプを作りまた fork する方法があるが，どちらでも良い．

練習問題(410)

popen, pclose は，指定されたプログラムを実行するプロセスを生成し，そのプロセスと現在のプロセスをパイプにより接続し，そのプロセスからの入力またはそのプロセスへの出力に使えるファイルポインタを返すライブラリ関数である．

popen, pclose 相当の機能を持つ関数 mypopen, mypclose を作りなさい． 最初は，popenで実行するプログラムからの出力を受け取る機能だけを実装するところから始めるとよい．

練習問題(411)

パイプを使用するプログラムを，以下のように，親プロセスからの出力を子プロセスの入力にするように書き換えたところ，プログラムが終了しなくなってしまった． その理由を考え，プログラムが終了するようにプログラムを修正せよ．

     1  #include <stdio.h>
     2  #include <stdlib.h>
     3  #include <unistd.h>
     4  #include <sys/types.h>
     5  #include <sys/uio.h>
     6  #include <sys/wait.h>
     7
     8  int pipe_fd[2];
     9
    10  void do_parent(void)
    11  {
    12          char *p = "Hello, my kid.";
    13          int status;
    14
    15          printf("This is parent.\n");
    16
    17          close(pipe_fd[0]);
    18
    19          while (*p) {
    20                  if (write(pipe_fd[1], p, 1) < 0) {
    21                          perror("write");
    22                          exit(1);
    23                  }
    24                  p++;
    25          }
    26
    27          if (wait(&status) < 0) {
    28                  perror("wait");
    29                  exit(1);
    30          }
    31  }
    32
    33  void do_child(void)
    34  {
    35          char c;
    36          int count;
    37
    38          printf("This is child.\n");
    39
    40          close(pipe_fd[1]);
    41
    42          while ((count = read(pipe_fd[0], &c, 1)) > 0) {
    43                  putchar(c);
    44          }
    45          putchar('\n');
    46
    47          if (count < 0) {
    48                  perror("read");
    49                  exit(1);
    50          }
    51  }
    52
    53  int main(void)
    54  {
    55          int child;
    56
    57          if (pipe(pipe_fd) < 0) {
    58                  perror("pipe");
    59                  exit(1);
    60          }
    61
    62          if ((child = fork()) < 0) {
    63                  perror("fork");
    64                  exit(1);
    65          }
    66
    67          if (child)
    68                  do_parent();
    69          else
    70                  do_child();
    71
    72          return 0;
    73  }