Pràctica 02: Implementació d’una minishell ohmy_shell en C

La ohmy_shell és una minishell escrita en C que simula el comportament bàsic d’una shell Unix. Es tracta d’un projecte clàssic en molts cursos de Sistemes Operatius arreu del món. Per tant, és possible trobar implementacions similars a Internet, i fins i tot la intel·ligència artificial pot generar codi per ajudar-vos. Tot i així, implementar-la vosaltres mateixos us permetrà entendre el funcionament intern d’una shell real com bash o zsh.

L’objectiu és escriure la vostra pròpia shell interactiva, gestionant manualment la memòria, el comportament dels operadors i la resposta davant errors. Acceptes el repte?

Per començar, heu d’acceptar l’activitat del GitHub Classroom heu d’accedir a l’enllaç següent: Github Classroom. Un cop acceptada, el primer membre del grup assignarà un nom a l’equip i la resta de membres s’hi podran unir. Després, cada membre haurà de clonar el repositori al seu entorn local.

🎯 Objectius

  • Comprendre la creació i gestió de processos en entorns Unix mitjançant fork(), exec*(), pipe(), dup2(), waitpid(), open(), close().
  • Reconèixer i programar l’ús de descriptors de fitxer, pipes, redireccions i operadors lògics.
  • Desenvolupar la gestió de senyals (SIGINT: Ctrl+C, SIGCHLD: reaprofitar processos fill).
  • Implementar parsing: seqüència, pipes, condicions, execució en background.
  • Evitar fugues de memòria i descriptors oberts.
  • Diferenciar entre comandes internes (built-ins) i externes.

🛠️ Entorn de Desenvolupament

  • Llenguatge de programació: C (estàndard C99 o superior).
  • Compilador: gcc.
  • Eina de construcció: make.
  • VM amb Debian.

🗂️ Estructura del Projecte

La següent és l’estructura bàsica del projecte:

├── build            
├── include           
│   ├── helpers.h
│   └── log.h
├── Makefile          
├── README.md                  
├── src  
│   ├── helpers.c
│   ├── log.c
│   └── ohmy_shell.c

La llibreria helpers conté una implementació bàsica de funcions útils com la lectura i divisió de línies o la validació de caràcters. Podeu modificar-les o ampliar-les si cal, sempre amb justificació. No es pot canviar el tipus de retorn ni els paràmetres de les funcions existents.

📜 Tasques a realitzar

1. Modes d’entrada: interactiu i no interactiu

Una shell ha de suportar dos modes d’entrada: interactiu i no interactiu.

  • Mode interactiu: La shell mostra un prompt (ohmy_shell>) i espera que l’usuari introdueixi comandes. Després d’executar cada comanda, torna a mostrar el prompt. Aquesta shell únicament ha de sortir quan l’usuari introdueixi la comanda exit o quan rebi un senyal d’aturada (com Ctrl+D) o la senyal SIGKILL.

    ./ohmy_shell
ohmy_shell> echo hola
hola
ohmy_shell> pwd
/home/usuari
ohmy_shell> exit

  • Mode no interactiu: La shell rep una comanda com a argument i l’executa directament sense mostrar cap prompt. Després d’executar la comanda, la shell ha de sortir immediatament.

    ./ohmy_shell -c "echo hola"
hola

2. Implementació de comandes internes (built-ins)

Implementa les següents comandes internes sense crear nous processos:

  • cd: Canvia el directori; només s’executa si rep exactament un argument vàlid.
  • pwd: Mostra el directori actual.
  • help: Mostra ajuda.
  • exit: Tanca la shell.
  • history: Mostra l’historial (màxim 100 línies, FIFO).

Per implementar la comanda history, tens dues opcions:

  1. Opció bàsica: Emmagatzema les comandes en memòria utilitzant un punter a cadenes.
  2. Opció avançada: Emmagatzema les comandes en memòria mitjançant una llista enllaçada.

En ambdues opcions, desa les comandes en un fitxer per mantenir-ne la persistència entre sessions (.ohmy_history) abans de sortir de la shell i carrega-les en iniciar-la.

2. Mode educatiu o debug

Implementa un mode educatiu que s’activi amb l’opció -d en iniciar la shell. En aquest mode, la shell ha de mostrar informació detallada sobre cada pas de l’execució, permetent als usuaris comprendre millor el funcionament intern de la shell i facilitar la comprensió dels conceptes explicats en aquesta assignatura com pipes, fork(), exec(), redireccions, etc.

Exemple:

./ohmy_shell -d
12:00:00 DEBUG ohmy_shell.c:45: Starting shell in debug mode
ohmy_shell> ls -la
12:00:05 DEBUG ohmy_shell.c:78: Forking process for command 'ls -la'
12:00:05 DEBUG ohmy_shell.c:85: Executing command 'ls -la' with PID 12345
(total output of ls -la)
12:00:06 DEBUG ohmy_shell.c:95: Command 'ls -la' completed with exit status 0
ohmy_shell>

3. Gestió de processos i execució

La shell ha de ser capaç de crear nous processos per executar comandes externes. La shell ha de permetre gestionar comandes simples en foreground i background.

  • Comandes en foreground: La shell ha d’esperar que la comanda acabi abans de tornar a mostrar el prompt.

    ohmy_shell> sleep 5
(espera 5 segons)
ohmy_shell>

  • Comandes en background: Si una comanda acaba amb &, la shell ha de crear un procés fill per executar la comanda en background i tornar immediatament el prompt a l’usuari sense esperar que la comanda acabi.

    ohmy_shell> sleep 10 &
[1] 12345
ohmy_shell>

  • Gestió d’operadors: Implementa els operadors &&, || i ; per permetre l’execució condicional i seqüencial de comandes.

    ohmy_shell> mkdir test && cd test
ohmy_shell> false || echo "La comanda ha fallat"
La comanda ha fallat
ohmy_shell> echo "Primera comanda"; echo "Segona comanda"
Primera comanda
Segona comanda

    Nota: La prioritat d’execució dels operadors és la següent: ; té la prioritat més baixa, seguit de && i || que tenen la mateixa prioritat i s’executen d’esquerra a dreta.

  • Gestió de senyals: La shell ha de gestionar correctament les senyals SIGINT (Ctrl+C) i SIGCHLD per evitar processos zombis.

    • Quan l’usuari prem Ctrl+C, la shell ha de capturar la senyal i no tancar-se, sinó que ha de mostrar el prompt novament.
    • Quan un procés fill acaba, la shell ha de capturar la senyal SIGCHLD i reaprofitar el procés fill per evitar processos zombis.

4. Pipes i Redireccions

La shell ha de suportar l’ús de pipes (|) per connectar la sortida d’una comanda amb l’entrada d’una altra, així com redireccions d’entrada (<), sortida (>), i sortida en mode append (>>).

Exemple:

ohmy_shell> cat fitxer.txt | grep "cerca"
(Mostra línies del fitxer que contenen "cerca")
ohmy_shell> echo "hola" > out.txt
(La sortida s'escriu a 'out.txt')
ohmy_shell> echo "més text" >> out.txt
(El text s'afegeix al final de 'out.txt')
ohmy_shell> sort < in.txt
(Mostra el contingut de 'in.txt' ordenat)

5. Variables d’entorn

La shell ha de permetre als usuaris establir i utilitzar variables d’entorn. Implementa la funcionalitat per assignar valors a variables i utilitzar-les en comandes.

Exemple:

ohmy_shell> MYVAR="Hola Món"
ohmy_shell> echo $MYVAR
Hola Món

Les variables d’entorn s’han de gestionar correctament, permetent als usuaris establir, modificar i eliminar variables segons sigui necessari. Aquestes variables s’hereten del procés del procés bash que ha iniciat l’aplicació ohmy_shell. Les variables no definides es tractaran com a cadenes buides.

6. Comentaris a la línia de comandes

La shell ha de permetre als usuaris afegir comentaris a les línies de comandes utilitzant el caràcter #. Tot el que segueixi al caràcter # en una línia de comandes ha de ser ignorat per la shell.

BONUS

Implementa almenys una de les següents funcionalitats addicionals per obtenir el bonus:

  • Configuració personalitzada del historial: Permet als usuaris configurar la mida màxima de l’historial i el fitxer on es desa. Exemple:

    ohmy_shell> set_history_size 200
ohmy_shell> set_history_file ~/.my_custom_history

  • Permetre l’ús de comandes compostes amb parèntesis per agrupar comandes i controlar l’ordre d’execució. Exemple:

    ohmy_shell> (echo "Inici"; ls -la; echo "Fi")
Inici
(sortida de ls -la)
Fi

  • Automatitza l’avaluació de la teva shell mitjançant un script de proves que verifiqui totes les funcionalitats implementades. L’script pot ser senzill i comparar la sortida esperada amb la sortida real de la shell en diversos casos de prova.

💯 Avaluació i Criteris de Qualitat

Per avaluar el projecte, es tindran en compte els següents aspectes:

Aspecte Puntuació Màxima
Core 40
Avançada 30
Qualitat del codi 20
Documentació 10
Bonus 10

  • Core: inclou la implementació d’una shell capaç d’executar comandes simples, gestionar processos en foreground i background, implementar les comandes internes especificades, i gestionar redireccions i pipes.

  • Avançada: inclou l’ús d’operadors lògics (&&, ||, ;), variables d’entorn, comentaris, mode debug i historial de comandes.

  • Qualitat del codi: s’utilitzarà Valgrind i eines de linting per avaluar la qualitat del codi, assegurant que no hi hagi fugues de memòria, accessos fora de límits i que es segueixin les bones pràctiques de programació en C, com:

    • Net i ben estructurat, evitant funcions repetides o codi duplicat innecessari.
    • Comentat adequadament, amb noms de variables descriptius.
    • Documentat segons estàndards com Doxygen (opcional però recomanat).
    • Ús correcte i raonable del git amb commits clars i descriptius, gestió d’issues i generació de release amb la versió final del projecte.

  • Bonus: s’atorgarà per la implementació de funcionalitats addicionals com la configuració personalitzada de l’historial o l’ús de comandes compostes amb parèntesis.

  • Documentació: s’avaluarà la professionalitat i el contingut del fitxer README.md:

    • Com compilar i executar el projecte.
    • Com utilitzar-lo amb exemples en format video o imatges.
    • Distribució de tasques entre els membres de l’equip (si escau).
    • Disseny i arquitectura del projecte.

🚫 Prohibicions

  • No podeu utilitzar la funció system() per executar comandes externes, ni cap altre programa que realitzi la mateixa funció. Tota pràctica que no gestioni processos amb fork(), exec(), etc., serà considerada com a no realitzada.

  • Qualsevol instrucció no vista a classe s’ha de justificar. Si existeix alguna comanda vista a classe amb la mateixa finalitat i s’utilitza una altra, això suposarà una penalització de la nota. Totes les funcions de string.h així com de totes les llibreries que teniu incloses al projecte són permeses.

📅 Planificació i versions

Entrega Versio Contingut
16-11-2025 1.0 Implementació bàsica de la shell amb built-in, comandes simples
23-11-2025 2.0 Pipes, redireccions, background
30-11-2025 3.0 Historial
07-12-2025 4.0 Operadors lògics, variables d’entorn, comentaris, mode debug

Aquesta pràctica és extensa i complexa, per això us recomano seguir la planificació proposada. Si feu una petita entrega cada setmana, us podré oferir feedback i tindreu l’oportunitat de corregir possibles errors abans de la data final de lliurament. Aquesta opció és voluntària; també podeu presentar la pràctica completa al final, segons el vostre ritme de treball.

La nota d’aquesta pràctica tindrà un pes doble (ponderada per 2), ja que equival a dues pràctiques en una i disposeu d’un mes per completar-la.

❓ Suport i Consultes

He creat un fòrum al Campus Virtual per resoldre dubtes i incidències relacionades amb aquesta pràctica. Us demano que utilitzeu aquest canal per centralitzar les consultes i evitar duplicitats en preguntes i respostes. També podeu ajudar a resoldre els dubtes dels companys: supervisaré totes les aportacions i corregiré qualsevol informació incorrecta si cal.

📦 Lliurament

  • Tot el projecte al repositori GitHub assignat.
  • make ha de compilar sense errors ni warnings.
  • S’avaluarà només la branca principal (main o master).

Per formalitzar el lliurament al Campus Virtual, copieu i enganxeu el text corresponent a la caixa de text de lliurament del Campus:

Individual o Grupal: [Indicar si és Individual o Grupal]
<Si Grupal>
Membres: [Llista de Noms, incloent el teu]
Team: [Nom del Team al Classroom]

Happy Coding! 🚀