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su/sudo：用户切换

Linux 是一个多用户系统，每个用户拥有独立的身份标识符和权限。本节中，你需要为 shell 实现 su 和 sudo 两个内建命令，让 shell 能够切换用户身份或以提升的权限执行命令。

Linux 用户模型

Linux 内核通过 UID（User ID）和 GID（Group ID）来标识每个进程的运行身份，并以此进行权限判断。每个进程同时具有以下两种 ID：

getuid() / getgid()

返回进程的实际 UID / GID（Real UID/GID），即进程真正属于的用户/组。

geteuid() / getegid()

返回进程的有效 UID / GID（Effective UID/GID），即内核实际用于权限检查的 ID。多数情况下与实际 UID/GID 相同，但在执行带有 setuid 位的程序时会不同。

通过 setuid(uid) 和 setgid(gid) 可以更改当前进程的有效（乃至实际）UID/GID。要查询系统中已有的用户信息（如用户名、UID、GID、家目录、默认 shell），可以使用 getpwnam(name) 或 getpwuid(uid)，它们定义在 <pwd.h> 中，返回指向 struct passwd 的指针。

setuid 位

你可能注意到系统中的 /usr/bin/su、/usr/bin/sudo 等程序拥有一个特殊的 setuid 位（-rwsr-xr-x）。当普通用户执行这类程序时，内核会将其有效 UID 自动切换为文件所有者（通常是 root），从而让程序可以以 root 权限完成特权操作。

在本实验中，su 和 sudo 作为 shell 的内建命令实现，因此不需要 setuid 位——但你的 shell 本身需要以 root 权限运行才能调用 setuid(0)。测试时建议以 root 身份运行你的 shell，或使用 sudo ./shell 启动。

实现 su

su [username] 命令将当前 shell 切换为另一个用户的身份。若不指定 username，则默认切换为 root。

例如：

$ whoami
student
$ su alice
$ whoami
alice
$ exit            # 退出切换后的 shell，回到原来的 shell
$ whoami
student

实现思路：

  1. 调用 getpwnam(username) 查询目标用户的 UID 和 GID；若用户不存在，打印错误并返回。
  2. 调用 setgid(pw->pw_gid) 切换到目标用户的主组。
  3. 调用 setuid(pw->pw_uid) 切换到目标用户的 UID。
  4. 调用 execvp(shell, args) 启动目标用户的默认 shell（pw->pw_shell），将当前进程替换为新 shell。
思考

su 为什么需要先调用 setgid 再调用 setuid？如果顺序颠倒会发生什么？

真实的 su 命令在切换用户之前还会验证密码。密码信息存储在哪里？如何验证？（提示：man 3 crypt，/etc/shadow）

关于 getpwnam

需要包含头文件 <pwd.h> 和 <sys/types.h>。struct passwd 的关键字段包括：

  • pw_uid：用户 UID
  • pw_gid：用户主组 GID
  • pw_dir：家目录路径
  • pw_shell：默认登录 shell 路径
要求 满分
正确实现 su username：切换至指定用户并启动其默认 shell 5%
「可选」 su 无参数时默认切换至 root 5%
「可选」 切换用户后同时更新 $HOME、$USER 等环境变量 5%

实现 sudo

sudo command [args...] 命令以 root 权限运行指定的命令，同时保持当前 shell 不变。

例如：

$ whoami
student
$ sudo whoami
root
$ whoami
student

实现思路：

  1. 调用 fork() 创建子进程。
  2. 在子进程中：调用 setgid(0) 和 setuid(0) 提升至 root 权限，再用 execvp() 执行目标命令。
  3. 在父进程中：调用 waitpid() 等待子进程结束，shell 本身的 UID 不变。
提醒

与 su 不同，sudo 的 setuid 操作发生在 fork 出的子进程中，不影响 shell 进程本身的 UID。因此在子进程中需在 exec 之前完成 setuid/setgid。

更多信息可参考 man 2 setuid、man 2 setgid 和 man 3 getpwnam。

要求 满分
正确实现 sudo command：以 root 权限执行命令，shell 自身 UID 不变 5%