操作系统第四次实验报告——文件系统之使用LinuxAPI实现ls -lai命令

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• 张樱姿
• 201821121038
• 计算1812

1 实验目的

• 通过编程进一步了解文件系统。

2 实验内容

• 在服务器上用Vim编写一个程序：实现Linux系统命令ls -lai的功能
• 给出运行结果截图，对于每一列是如何获取的，结合源代码做解释

3 实验报告

　　3.1 ls -lai简介

ls -l   #以长格式显示目录下的内容列表。输出的信息从左到右依次包括文件名，文件类型、权限模式、硬连接数、所有者、组、文件大小和文件的最后修改时间等
ls -a   #显示所有档案及目录（ls内定将档案名或目录名称为“.”的视为影藏，不会列出）
ls -i   #显示文件索引节点号（inode number）,一个索引节点代表一个文件

　　3.2 实现过程

　　　　3.2.1 获取文件信息的函数及文件信息结构体

　　　　　stat函数：

#include<sys/stat.h>
int stat(const char * path,struct stat * buf); /*将path参数（文件或目录）的文件信息写到buf中，buf为传出参数*/

　　　　　stat结构体：

struct stat{
    dev_t st_dev;            //设备id号（无需用到）
    ino_t st_ino;            //索引节点号
    mode_t st_mode;          //权限与文件类型
    nlink_t st_nlink;        //硬链接数
    uid_t st_uid;            //用户id
    ggid_t st_gid;           //所在组id
    dev_t st_rdev;           //设备id，对于特殊文件才有（无需用到）
    off_t st_size;           //大小，较为常用
    blksize_t st_blocks;     //文件系统I/O的块大小（无需用到）
    blkcnt_t st_blksize;     //分配的512B（扇区）块数（无需用到）
    time_t st_atime;         //最后的访问时间（无需用到）
    time_t st_mtime;         //最后的修改时间，较为常用
    time_t st_ctime;         //最后的状态改变时间（无需用到）
}                    

　　　　   因此，需对上述相应字段格式化处理。

　　　　3.2.2 mode权限与类型判断

　　　　 判断文件类型的宏函数：

    S_ISREG(m)  is it a regular file?  //判断是否是普通文件
    S_ISDIR(m)  directory?             //判断是否是目录
    S_ISCHR(m)  character device?      //判断是否是字符设备
    S_ISBLK(m)  block device?          //判断是否是块设备
    S_ISFIFO(m) FIFO (named pipe)?     //判断是否是管道文件
    S_ISLNK(m)  symbolic link? (Not in POSIX.1-1996.)//判断使是否是符号链接（软连接）
    S_ISSOCK(m) socket? (Not in POSIX.1-1996.)       //判断是否是SOCKET文件

　　　　 文件权限宏变量：

        S_IRUSR     00400     //用户有读权限
        S_IWUSR     00200     //用户有写权限
        S_IXUSR     00100     //用户有执行权限
        S_IRGRP     00040     //组有读权限
        S_IWGRP     00020     //组有写权限
        S_IXGRP     00010     //组有执行权限
        S_IROTH     00004     //其他人有读权限
        S_IWOTH     00002     //其他人有写权限
        S_IXOTH     00001     //其他人有可执行权限       

　　　　3.2.3 目录操作函数及目录信息结构体

　　　　　opendir函数及readdir函数：

DIR * opendir(const char * name);    //打开一个目录
struct dirent * readdir(DIR *);      //读目录，依次返回目录的子项

　　　　　 dirent结构体：

struct dirent{
    ino_t d_ino;    //子项的i节点
    off_t d_off;    //节点的偏移量
    unsigned short d_reclen;//长度
    unsigned char d_type;   //子项类型（常用）
    char d_name[256];       //子文件名（常用）
};

　　　　3.2.4 表示时间的方式

　　　　　①秒差形式，1970年1月1日0时0分0秒的秒数差，得到的类型为time_t;

　　　　②结构形式，tm结构体：

struct tm{
    int tm_sec;  //Second [0,60].包含闰秒
    int tm_min;  //Minutes [0,59].
    int tm_hour; //Hour [0,23].
    int tm_mday; //Day of month [1,31].
    int tm_mon;  //Month of year [0,11].(January = 0)
    int tm_year; //Year Since 1900.
    int tm_wday; //Day of week [0,6] (Sunday = 0).
    int tm_yday; //Day of year [0,365].包含闰年
    int tm_isdat;//Daylight Savings flag
}

　　　　计算机大多数情况使用time_t，因为效率高。但是显示时为tm结构形式。localtime()函数可以实现： time_t 到 tm 的转换。time_t的指针做参数，返回值tm的指针。

　　3.3 源代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<time.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<dirent.h>
#include<grp.h>
#include<pwd.h>
#include<errno.h>
#include<sys/stat.h>
#include<limits.h>
#include<assert.h>

int flag = 0;
//用于分析参数
void AnalPara(int argc,char *argv[],char *path)
{
    int i = 0;
    for(i = 1;i < argc; ++i)
    {    //如果argv[i]中第一个字符是'-'，则判断是l a i中的哪些
        if(strncmp(argv[i],"-",1)==0)
        {
            //参数为a时，把1赋值给flag，flag所在内存中第一个位置为1
            if(strstr(argv[i],"a") != NULL)
            {
                flag |= 1 << 0; ////-a参数显示该隐藏文件
            }
            //参数为l时，第二个位置为1
            if(strstr(argv[i],"l") != NULL)
            {
                flag |= 1 << 1;    //-l参数显示该文件的详细信息
            }
            //参数为i时，第三个位置为1
            if(strstr(argv[i],"i") != NULL)
            {
                flag |= 1 << 2;    //-i参数显示该文件的inode number
            }
            //位运算可使用一个变量同时标记多个参数是否传递
        }
        //如果argv[i]中第一个字符不是'-'，则判断所给路径是直接路径还是间接路径
        else
        {
            //直接路径，copy到path字符数组中
            if(strncmp(argv[i],"/",1) == 0)
            {
                strcpy(path,argv[i]);
            }
            //间接路径，将当前路径与所给路径连接
            else
            {
                strcat(path,"/");
                strcat(path,argv[i]);
            }
        }
    }
}
//用于输出文件名
void PrintfFileName(int mode,int uid,char *name)
{
    //是目录文件
    if(S_ISDIR(mode))
    {
        //文件名显示为蓝色
        printf("33[1;34m%s33[0m ",name);
    }
    //是普通文件
    else if(S_ISREG(mode))
    {
        if(mode & S_IXUSR||mode & S_IXGRP||mode & S_IXOTH)
        {
            if(uid==0) //属主用户，文件名显示为红色
                printf("33[41;37m%s33[0m ",name);
            else       //其他用户，文件名显示为绿色
                printf("33[1;32m%s33[0m ",name);
        }
        else
        {
            printf("%s ",name);
        }
    }
    else
    {
        printf("%s ",name);
    }
}
//用于输出文件详细信息
void PrintMoreInfo(int mode,struct stat st)
{    //文件权限判断
    char str[10] = {"----------"};

    if(S_ISDIR(mode)) str[0] = 'd';
    if(S_ISCHR(mode)) str[0] = 'c';
    if(S_ISBLK(mode)) str[0] = 'b';

    if(mode & S_IRUSR) str[1] = 'r';
    if(mode & S_IWUSR) str[2] = 'w';
    if(mode & S_IXUSR) str[3] = 'x';

    if(mode & S_IRGRP) str[4] = 'r';
    if(mode & S_IWGRP) str[5] = 'w';
    if(mode & S_IXGRP) str[6] = 'x';

    if(mode & S_IROTH) str[7] = 'r';
    if(mode & S_IWOTH) str[8] = 'w';
    if(mode & S_IXOTH) str[9] = 'x';

    int i = 0;
    for(; i < 10; i++)
    {
        printf("%c",str[i]);
    }
    printf(". ");
    printf("%ld ",st.st_nlink);
    //输出属主
    struct passwd *pd = getpwuid(st.st_uid);
    assert(pd != NULL);
    printf("%4s ",pd->pw_name);
    //输出组用户
    struct group *gp = getgrgid(st.st_gid);
    assert(gp != NULL);
    printf("%4s ",gp->gr_name);
    //输出文件大小
    printf("%4ld ",st.st_size);
    //输出最近操作时间
    struct tm * lchangetime = localtime(&(st.st_mtime));
    printf("%d %d %d:%d ",(lchangetime->tm_mon+1),lchangetime->tm_mday,lchangetime->tm_hour,lchangetime->tm_min);
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    char path[128]={0};
    //获取当前路径
    getcwd(path,127);
    //参数分析函数
    AnalPara(argc,argv,path);
    //打开该目录并建立一个目录流
    DIR *dir = opendir(path);
    if(dir == NULL)
    {
        char *p = path + strlen(path);
        while(*p != '/')
            p--;
        p++;
        printf("ls:can not access %s:No such file or directory
",p);
        exit(0);
    }
    //需要使用dirent结构体中的文件名和文件的inode number
    struct dirent *dr = NULL;
    //调用readdir函数获取该目录中的目录项
    while((dr = readdir(dir)) != NULL)
    {    
        //当文件名第一个字符是.时，为隐藏文件，不输出
        if(((flag&1)==0) && (strncmp(dr->d_name,".",1) == 0))
        {
            continue;
        }

        struct stat st;
        char temp[128] = {0};
        strcpy(temp,path);
        strcat(temp,"/");
        strcat(temp,dr->d_name);
        stat(temp,&st);
        //-li
        if ((flag&2)==2)
        {
            //有参数i
            if((flag&4)==4)
            {
                printf("%ld  ",st.st_ino);
            }
            //有参数l
            PrintMoreInfo(st.st_mode,st);
            PrintfFileName(st.st_mode,st.st_uid,dr->d_name);
            printf("
");
            continue;
        }
        //-ai
        if((flag&4)==4)
        {
            printf("%ld  ",dr->d_ino);
            PrintfFileName(st.st_mode,st.st_uid,dr->d_name);
            continue;
        }
        //-a
        PrintfFileName(st.st_mode,st.st_uid,dr->d_name);
    }
    if(argc == 1||(argc >1&&flag == 0))
        printf("
");
    closedir(dir);
}

　　3.4 分析结果

　　　　3.4.1 ls -lai运行结果：

 　　　　3.4.2 ./myls -lai运行结果：

 　　　　3.4.3 分析输出格式：

　　　　第一列为文件/目录的索引编号（inode number），如果是目录，则使用dirent结构体中的d_ino获取；如果是文件，则使用stat结构体中的st_ino获取。

　　　　第二列为文件的权限，第一位的-表示不同的文件类型（普通文件，管道文件）。后面九位分别表示，该文件的属主，组用户和其他用户的读、写、执行三种不同的权限。

　　　　第三列为文件的硬链接数，如果是一个目录，则第2字段表示该目录所含子目录的个数。使用stat结构体中的st_nlink获取。

　　　　第四列为属主用户，使用stat结构体中的st_uid获取。

　　　　第五列为组用户，使用stat结构体中的st_gid获取。

　　　　第六列为文件所占用的大小，以字节为单位，如果是目录文件，则表示该目录的大小，而不是该目录下所有文件的大小。使用stat结构体中的st_size获取。

　　　　第七列为最后修改时间，使用stat结构体中的st_mtime获取。

　　　　第八列为文件名，使用dirent结构体中的d_name获取。

4 References

• https://blog.csdn.net/apollon_krj/article/details/54710135
• https://www.cnblogs.com/cherishry/p/5885107.html
• https://blog.csdn.net/jialexiao/article/details/71124930
• https://blog.csdn.net/longerzone/article/details/23870297
• https://blog.csdn.net/dream_allday/article/details/75243818
• https://blog.csdn.net/daoer_sofu/article/details/102456935