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

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<string.h>
  4 #include<time.h>
  5 #include<unistd.h>
  6 #include<sys/types.h>
  7 #include<dirent.h>
  8 #include<grp.h>
  9 #include<pwd.h>
 10 #include<errno.h>
 11 #include<sys/stat.h>
 12 #include<limits.h>
 13 #include<assert.h>
 14 
 15 int flag = 0;
 16 //用于分析参数
 17 void analpara(int argc,char *argv[],char *path)
 18 {
 19     int i = 0;
 20     for(i = 1;i < argc; ++i)
 21     {    //如果argv[i]中第一个字符是'-'，则判断是l a i中的哪些
 22         if(strncmp(argv[i],"-",1)==0)
 23         {
 24             //参数为a时，把1赋值给flag，flag所在内存中第一个位置为1
 25             if(strstr(argv[i],"a") != null)
 26             {
 27                 flag |= 1 << 0; ////-a参数显示该隐藏文件
 28             }
 29             //参数为l时，第二个位置为1
 30             if(strstr(argv[i],"l") != null)
 31             {
 32                 flag |= 1 << 1;    //-l参数显示该文件的详细信息
 33             }
 34             //参数为i时，第三个位置为1
 35             if(strstr(argv[i],"i") != null)
 36             {
 37                 flag |= 1 << 2;    //-i参数显示该文件的inode number
 38             }
 39             //位运算可使用一个变量同时标记多个参数是否传递
 40         }
 41         //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
 42         else
 43         {
 44             //直接路径，copy到path字符数组中
 45             if(strncmp(argv[i],"/",1) == 0)
 46             {
 47                 strcpy(path,argv[i]);
 48             }
 49             //间接路径，将当前路径与所给路径连接
 50             else
 51             {
 52                 strcat(path,"/");
 53                 strcat(path,argv[i]);
 54             }
 55         }
 56     }
 57 }
 58 //用于输出文件名
 59 void printffilename(int mode,int uid,char *name)
 60 {
 61     //是目录文件
 62     if(s_isdir(mode))
 63     {
 64         //文件名显示为蓝色
 65         printf("\33[1;34m%s\033[0m ",name);
 66     }
 67     //是普通文件
 68     else if(s_isreg(mode))
 69     {
 70         if(mode & s_ixusr||mode & s_ixgrp||mode & s_ixoth)
 71         {
 72             if(uid==0) //属主用户，文件名显示为红色
 73                 printf("\33[41;37m%s\033[0m ",name);
 74             else       //其他用户，文件名显示为绿色
 75                 printf("\33[1;32m%s\033[0m ",name);
 76         }
 77         else
 78         {
 79             printf("%s ",name);
 80         }
 81     }
 82     else
 83     {
 84         printf("%s ",name);
 85     }
 86 }
 87 //用于输出文件详细信息
 88 void printmoreinfo(int mode,struct stat st)
 89 {    //文件权限判断
 90     char str[10] = {"----------"};
 91 
 92     if(s_isdir(mode)) str[0] = 'd';
 93     if(s_ischr(mode)) str[0] = 'c';
 94     if(s_isblk(mode)) str[0] = 'b';
 95 
 96     if(mode & s_irusr) str[1] = 'r';
 97     if(mode & s_iwusr) str[2] = 'w';
 98     if(mode & s_ixusr) str[3] = 'x';
 99 
100     if(mode & s_irgrp) str[4] = 'r';
101     if(mode & s_iwgrp) str[5] = 'w';
102     if(mode & s_ixgrp) str[6] = 'x';
103 
104     if(mode & s_iroth) str[7] = 'r';
105     if(mode & s_iwoth) str[8] = 'w';
106     if(mode & s_ixoth) str[9] = 'x';
107 
108     int i = 0;
109     for(; i < 10; i++)
110     {
111         printf("%c",str[i]);
112     }
113     printf(". ");
114     printf("%ld ",st.st_nlink);
115     //输出属主
116     struct passwd *pd = getpwuid(st.st_uid);
117     assert(pd != null);
118     printf("%4s ",pd->pw_name);
119     //输出组用户
120     struct group *gp = getgrgid(st.st_gid);
121     assert(gp != null);
122     printf("%4s ",gp->gr_name);
123     //输出文件大小
124     printf("%4ld ",st.st_size);
125     //输出最近操作时间
126     struct tm * lchangetime = localtime(&(st.st_mtime));
127     printf("%d %d %d:%d ",(lchangetime->tm_mon+1),lchangetime->tm_mday,lchangetime->tm_hour,lchangetime->tm_min);
128 }
129 
130 int main(int argc,char *argv[])
131 {
132     char path[128]={0};
133     //获取当前路径
134     getcwd(path,127);
135     //参数分析函数
136     analpara(argc,argv,path);
137     //打开该目录并建立一个目录流
138     dir *dir = opendir(path);
139     if(dir == null)
140     {
141         char *p = path + strlen(path);
142         while(*p != '/')
143             p--;
144         p++;
145         printf("ls:can not access %s:no such file or directory\n",p);
146         exit(0);
147     }
148     //需要使用dirent结构体中的文件名和文件的inode number
149     struct dirent *dr = null;
150     //调用readdir函数获取该目录中的目录项
151     while((dr = readdir(dir)) != null)
152     {    
153         //当文件名第一个字符是.时，为隐藏文件，不输出
154         if(((flag&1)==0) && (strncmp(dr->d_name,".",1) == 0))
155         {
156             continue;
157         }
158 
159         struct stat st;
160         char temp[128] = {0};
161         strcpy(temp,path);
162         strcat(temp,"/");
163         strcat(temp,dr->d_name);
164         stat(temp,&st);
165         //-li
166         if ((flag&2)==2)
167         {
168             //有参数i
169             if((flag&4)==4)
170             {
171                 printf("%ld  ",st.st_ino);
172             }
173             //有参数l
174             printmoreinfo(st.st_mode,st);
175             printffilename(st.st_mode,st.st_uid,dr->d_name);
176             printf("\n");
177             continue;
178         }
179         //-ai
180         if((flag&4)==4)
181         {
182             printf("%ld  ",dr->d_ino);
183             printffilename(st.st_mode,st.st_uid,dr->d_name);
184             continue;
185         }
186         //-a
187         printffilename(st.st_mode,st.st_uid,dr->d_name);
188     }
189     if(argc == 1||(argc >1&&flag == 0))
190         printf("\n");
191     closedir(dir);
192 }

　　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