Merge pull request #6 from Awesome-Embedded-Learning-Studio/feat/phase4

Feat/phase4

Author: Charliechen114514

CMakeLists.txt

@@ -38,11 +38,19 @@ if(CFBOX_ENABLE_AWK)
     file(GLOB_RECURSE AWK_SOURCES ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/src/applets/awk/*.cpp)
     list(APPEND CFBOX_APPLET_SOURCES ${AWK_SOURCES})
 endif()
+if(CFBOX_ENABLE_INIT)
+    file(GLOB_RECURSE INIT_SOURCES ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/src/applets/init/*.cpp)
+    list(APPEND CFBOX_APPLET_SOURCES ${INIT_SOURCES})
+endif()
+if(CFBOX_ENABLE_TOP)
+    file(GLOB_RECURSE TOP_SOURCES ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/src/applets/top/*.cpp)
+    list(APPEND CFBOX_APPLET_SOURCES ${TOP_SOURCES})
+endif()
 
 # Single-file applets
 foreach(applet IN LISTS CFBOX_APPLETS)
     string(TOUPPER "${applet}" APPLET_UPPER)
-    if(NOT applet STREQUAL "sh" AND NOT applet STREQUAL "awk" AND CFBOX_ENABLE_${APPLET_UPPER})
+    if(NOT applet STREQUAL "sh" AND NOT applet STREQUAL "awk" AND NOT applet STREQUAL "init" AND NOT applet STREQUAL "top" AND CFBOX_ENABLE_${APPLET_UPPER})
         list(APPEND CFBOX_APPLET_SOURCES ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/src/applets/${applet}.cpp)
     endif()
 endforeach()

Roadmap.md

@@ -18,12 +18,12 @@ CFBox 是一个 C++23 BusyBox 替代品，当前版本有 78 个 applet。项目
 | 1 | POSIX Shell + Coreutils I ✅ | ~17 | Shell 引擎、进程管理、信号处理 | ~34 |
 | 2 | Coreutils II + findutils ✅ | ~44 | 流处理管线、校验和框架 | ~78 |
 | 3 | 归档 + 压缩 + 文本处理 ✅ | ~15 | 终端抽象、压缩框架 | ~93 |
-| 4 | vi 可视化编辑器 | 1 | TUI 框架、屏幕渲染、键盘映射 | ~94 |
-| 5 | 进程/Init + util-linux | ~38 | /proc 解析器 | ~132 |
-| 6 | 网络 + 登录 + 日志 | ~35 | Socket 抽象、HTTP 解析、shadow 密码 | ~167 |
+| 4 | 进程/Init + util-linux 🔧 | ~21/38 | /proc 解析器、init 系统、TUI 框架 | ~114 |
+| 5 | vi 可视化编辑器 | 1 | TUI 框架、屏幕渲染、键盘映射 | ~133 |
+| 6 | 网络 + 登录 + 日志 | ~35 | Socket 抽象、HTTP 解析、shadow 密码 | ~168 |
 | 7 | 剩余组件 + 集成验证 | ~40+ | POSIX 验证、容器替换测试 | ~200+ |
 
-**当前状态**：Phase 0-3 已完成，93 个 applet，259 单元测试 + 54 集成测试全部通过。
+**当前状态**：Phase 0-3 已完成，Phase 4 进行中。114 个 applet，318 单元测试全部通过。CFBox 已可在 QEMU 中作为 PID 1 运行完整 init 系统。TUI 框架已就绪，为 Phase 5 vi 编辑器奠定基础。
 
 ---
 
@@ -154,7 +154,48 @@ Shell 已实现为第一个多文件 applet（`src/applets/sh/`，8 个模块，
 
 ---
 
-## Phase 4：vi 可视化编辑器
+## Phase 4：进程管理 + Init 系统 + util-linux 🔧
+
+**目标**：构建让 CFBox 适合作为完整 init 环境的系统级工具，applet 数量翻倍。
+
+### 基础设施 ✅
+- **`/proc` 解析器** `include/cfbox/proc.hpp` ✅：集中解析 /proc/meminfo, /proc/stat, /proc/[pid]/stat, /proc/[pid]/cmdline, /proc/[pid]/status, /proc/loadavg, /proc/uptime, /proc/mounts, /proc/diskstats, /proc/partitions
+- **TUI 框架** `include/cfbox/tui.hpp` ✅：全屏终端应用抽象（ScreenBuffer、Key 解析、TuiApp 虚基类、SIGWINCH 处理），top 和后续 vi/less 共用
+
+### Init 系统 ✅
+- **inittab 解析器** ✅：解析 `/etc/inittab`，支持运行级别、respawn、once 条目
+- **运行级别管理** ✅：sysinit, boot, single-user, multi-user
+- **服务监控** ✅：进程监控 + respawn 能力（指数退避）
+- **关机/重启** ✅：SIGTERM → 等待 → SIGKILL → sync → 卸载 → reboot
+- **QEMU 兼容** ✅：无 inittab 时自动回退 smoke test 模式，保持 CI 兼容
+- **getty 集成**：在 TTY 上生成登录提示 — 待 Phase 6
+
+### procps（已完成 15/16）
+`ps` ✅, `kill` ✅, `free` ✅, `uptime` ✅, `pgrep`/`pkill` ✅, `pidof` ✅, `sysctl` ✅, `pwdx` ✅, `pstree` ✅, `pmap` ✅, `fuser` ✅, `iostat` ✅, `watch` ✅, `top` ✅
+
+`lsof` — 待实现
+
+### util-linux（已完成 6/30）
+`dmesg` ✅, `hexdump` ✅, `more` ✅, `rev` ✅, `cal` ✅, `renice` ✅
+
+**存储/块设备**（待实现）：`mount`/`umount`, `blkid`, `blockdev`, `fdisk`, `mkfs`, `fsck`, `losetup`, `pivot_root`, `switch_root`, `swapon`/`swapoff`
+
+**系统工具**（待实现）：`flock`, `getopt`, `setsid`, `nsenter`, `unshare`, `mdev`, `lspci`, `lsusb`, `hwclock`, `rtcwake`, `taskset`, `chrt`, `ionice`, `last`, `mesg`, `wall`, `script`
+
+### 验证 ✅（已通过）
+- CFBox 作为 PID 1 在 QEMU aarch64 中启动，运行 inittab，执行 sysinit 命令，spawn shell（respawn），处理关机 ✅
+- `ps aux` 输出与 procps 格式匹配 ✅
+- `free -h`、`uptime`、`kill -l`、`pidof`、`sysctl` 在 QEMU 中正常工作 ✅
+- 288 单元测试全部通过 ✅
+- `top -b -n 1` 在批处理模式下输出进程表 ✅
+- `pstree -p` 显示进程树和 PID ✅
+- `hexdump -C /dev/null`、`cal`、`rev` 功能正确 ✅
+- 318 单元测试全部通过 ✅
+- 容器测试：CFBox 替换 Alpine 容器中的 BusyBox — 待实现
+
+---
+
+## Phase 5：vi 可视化编辑器
 
 **目标**：实现完整的 vi 可视化编辑器——CFBox 中最复杂的单一组件，需要独立的终端交互框架。
 
@@ -171,7 +212,7 @@ Shell 已实现为第一个多文件 applet（`src/applets/sh/`，8 个模块，
 - **滚动**：半页/整页滚动（Ctrl-D/Ctrl-U/Ctrl-F/Ctrl-B），长行折行显示
 
 ### 基础设施
-- **TUI 框架** `include/cfbox/tui.hpp`：全屏终端应用抽象，vi/top/less 共用
+- TUI 框架已在 Phase 4 实现 ✅，vi 直接复用
   - 屏幕缓冲区管理、增量渲染
   - 键盘事件映射（普通键 + 转义序列解析）
   - 信号处理（SIGWINCH 终端大小变化）
@@ -197,36 +238,6 @@ src/applets/vi/
 
 ---
 
-## Phase 5：进程管理 + Init 系统 + util-linux
-
-**目标**：构建让 CFBox 适合作为完整 init 环境的系统级工具。
-
-### Init 系统（完整）
-- **inittab 解析器**：解析 `/etc/inittab`，支持运行级别、respawn、once 条目
-- **运行级别管理**：sysinit, boot, single-user, multi-user
-- **服务监控**：进程监控 + respawn 能力
-- **关机/重启**：SIGTERM → 等待 → SIGKILL → sync → 卸载 → 重启
-- **getty 集成**：在 TTY 上生成登录提示
-
-### procps（解析 `/proc` 文件系统）
-`ps`, `top`, `kill`, `free`, `uptime`, `pgrep`/`pkill`, `pidof`, `pmap`, `iostat`, `lsof`, `watch`, `sysctl`, `pstree`, `fuser`, `pwdx`
-
-### util-linux
-**存储/块设备**：`mount`/`umount`, `blkid`, `blockdev`, `dmesg`, `fdisk`, `mkfs`, `fsck`, `losetup`, `pivot_root`, `switch_root`, `swapon`/`swapoff`
-
-**系统工具**：`hexdump`, `more`, `flock`, `getopt`, `cal`, `rev`, `setsid`, `nsenter`, `unshare`, `mdev`, `lspci`, `lsusb`, `hwclock`, `rtcwake`, `taskset`, `chrt`, `ionice`, `renice`, `last`, `mesg`, `wall`, `script`
-
-### 基础设施
-- **`/proc` 解析器** `include/cfbox/proc.hpp`：集中解析 /proc/meminfo, /proc/stat, /proc/[pid]/stat 等
-- TUI 框架已在 Phase 4 实现，top/less 可直接复用
-
-### 验证
-- CFBox 作为 PID 1 在 QEMU 中启动，运行 inittab，生成 getty，处理关机
-- `ps aux` 输出与 procps 格式匹配
-- 容器测试：CFBox 替换 Alpine 容器中的 BusyBox，`docker run` 成功
-
----
-
 ## Phase 6：网络 + 登录管理 + 系统日志
 
 **目标**：添加网络工具和用户/会话管理，使 CFBox 适用于网络启动系统和多用户环境。
@@ -297,7 +308,7 @@ src/applets/vi/
 |------|------|---------|
 | **Shell 复杂度** | 最高——5000+ 行代码 | 增量构建：先非交互 → 行编辑 → 作业控制，从第一天开始测试 POSIX shell 测试套件 |
 | **AWK 复杂度** | 高——第二复杂组件 | 从 POSIX awk 子集开始，实现解释器而非编译器 |
-| **vi 复杂度** | 高——终端处理微妙、独立 Phase 4 | 使用 Phase 3 的终端抽象 + 自建 TUI 框架，自动化按键注入测试，双缓冲 diff 驱动渲染 |
+| **vi 复杂度** | 高——终端处理微妙、独立 Phase 5 | 使用 Phase 3 的终端抽象 + Phase 4 的 TUI 框架，自动化按键注入测试，双缓冲 diff 驱动渲染 |
 | **二进制体积膨胀** | 中——200+ applet | Phase 0 的 CMake 配置允许裁剪，LTO 和死代码消除，每阶段监控体积 |
 | **跨平台边界情况** | 中——ioctl、/proc 格式差异 | 平台特性抽象到 `include/cfbox/` 头文件，每阶段三平台测试 |
 | **网络安全** | 中——wget/httpd 需要 TLS | 先做 HTTP-only，HTTPS 通过可选 mbedTLS 依赖，作为 CMake 选项 |

cmake/Config.cmake

@@ -23,6 +23,10 @@ set(CFBOX_APPLETS
     xargs
     gzip gunzip diff cmp patch ed tar cpio ar unzip
     awk
+    free uptime kill pidof ps pgrep sysctl
+    pwdx pstree pmap fuser iostat
+    watch top
+    dmesg hexdump more rev cal renice
 )
 
 foreach(applet IN LISTS CFBOX_APPLETS)

cmake/compile/CompilerFlag.cmake

@@ -36,6 +36,10 @@ target_compile_options(cfbox_compiler_flags INTERFACE
     $<$<CONFIG:Debug>:-fno-sanitize-recover=all>
 )
 
+target_link_options(cfbox_compiler_flags INTERFACE
+    $<$<CONFIG:Debug>:-fsanitize=address,undefined>
+)
+
 # ── Release-specific flags ────────────────────────────────────
 if(CFBOX_OPTIMIZE_FOR_SIZE)
     target_compile_options(cfbox_compiler_flags INTERFACE

configs/qemu-inittab

@@ -0,0 +1,21 @@
+# CFBox /etc/inittab — QEMU aarch64 virt machine test
+# Format: id:runlevels:action:process
+
+# Note: /proc, /sys, /dev are mounted automatically by init's sysinit phase.
+# (mount applet is not yet available, init does it internally)
+
+# Boot test — verify applets work under init
+::sysinit:/bin/echo "=== CFBox Init (inittab mode) ==="
+::sysinit:/bin/uname -a
+::sysinit:/bin/free -h
+::sysinit:/bin/uptime
+::sysinit:/bin/ps
+::sysinit:/bin/echo "=== Inittab tests PASSED ==="
+
+# Phase 3: Spawn shell on serial console (respawn if killed)
+ttyAMA0::respawn:/bin/sh
+
+# Signals
+::ctrlaltdel:/bin/echo "Ctrl-Alt-Del pressed, rebooting..."
+::shutdown:/bin/echo "Shutting down..."
+::shutdown:/bin/sync

include/cfbox/applet_config.hpp.in

@@ -93,3 +93,23 @@
 #cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_AR
 #cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_UNZIP
 #cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_AWK
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_FREE
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_UPTIME
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_KILL
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_PIDOF
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_PS
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_PGREP
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_SYSCTL
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_PWDX
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_PSTREE
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_PMAP
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_FUSER
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_IOSTAT
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_WATCH
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_TOP
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_DMESG
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_HEXDUMP
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_MORE
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_REV
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_CAL
+#cmakedefine01 CFBOX_ENABLE_RENICE

include/cfbox/applets.hpp

@@ -271,6 +271,66 @@ extern auto unzip_main(int argc, char* argv[]) -> int;
 #if CFBOX_ENABLE_AWK
 extern auto awk_main(int argc, char* argv[]) -> int;
 #endif
+#if CFBOX_ENABLE_FREE
+extern auto free_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_UPTIME
+extern auto uptime_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_KILL
+extern auto kill_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PIDOF
+extern auto pidof_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PS
+extern auto ps_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PGREP
+extern auto pgrep_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_SYSCTL
+extern auto sysctl_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PWDX
+extern auto pwdx_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PSTREE
+extern auto pstree_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PMAP
+extern auto pmap_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_FUSER
+extern auto fuser_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_IOSTAT
+extern auto iostat_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_WATCH
+extern auto watch_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_TOP
+extern auto top_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_DMESG
+extern auto dmesg_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_HEXDUMP
+extern auto hexdump_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_MORE
+extern auto more_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_REV
+extern auto rev_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_CAL
+extern auto cal_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_RENICE
+extern auto renice_main(int argc, char* argv[]) -> int;
+#endif
 
 // registry — one line per applet, conditionally compiled
 constexpr auto APPLET_REGISTRY = std::to_array<cfbox::applet::AppEntry>({
@@ -542,4 +602,65 @@ constexpr auto APPLET_REGISTRY = std::to_array<cfbox::applet::AppEntry>({
 #if CFBOX_ENABLE_AWK
     {"awk",      awk_main,      "pattern-directed scanning and processing language"},
 #endif
+#if CFBOX_ENABLE_FREE
+    {"free",     free_main,     "display amount of free and used memory"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_UPTIME
+    {"uptime",   uptime_main,   "tell how long the system has been running"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_KILL
+    {"kill",     kill_main,     "send a signal to a process"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PIDOF
+    {"pidof",    pidof_main,    "find the process ID of a running program"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PS
+    {"ps",       ps_main,       "report a snapshot of current processes"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PGREP
+    {"pgrep",    pgrep_main,    "look up processes based on name"},
+    {"pkill",    pgrep_main,    "signal processes based on name"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_SYSCTL
+    {"sysctl",   sysctl_main,   "configure kernel parameters at runtime"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PWDX
+    {"pwdx",     pwdx_main,     "print working directory of a process"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PSTREE
+    {"pstree",   pstree_main,   "display a tree of processes"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_PMAP
+    {"pmap",     pmap_main,     "display memory map of a process"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_FUSER
+    {"fuser",    fuser_main,    "identify processes using files or sockets"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_IOSTAT
+    {"iostat",   iostat_main,   "report CPU and I/O statistics"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_WATCH
+    {"watch",    watch_main,    "execute a program periodically"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_TOP
+    {"top",      top_main,      "display Linux processes"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_DMESG
+    {"dmesg",    dmesg_main,    "print kernel ring buffer"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_HEXDUMP
+    {"hexdump",  hexdump_main,  "display file contents in hexadecimal"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_MORE
+    {"more",     more_main,     "file perusal filter for crt viewing"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_REV
+    {"rev",      rev_main,      "reverse lines characterwise"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_CAL
+    {"cal",      cal_main,      "display a calendar"},
+#endif
+#if CFBOX_ENABLE_RENICE
+    {"renice",   renice_main,   "alter priority of running processes"},
+#endif
 });