介绍
类ls的实现，如myls， -l -a -i -n
一、目录和文件
二、系统数据文件和信息
三、进程环境
参考书籍：apuecsapp
一、目录和文件
1. 获取文件的属性 ： stat
##include <sys/types.h> ##include <sys/stat.h> ##include <unistd.h> int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf); int fstat(int fd, struct stat *statbuf); int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf); - 参数： 路径，结构体地址，用来填充文件信息
- 返回值：成功0，失败-1
- 区分：
stat用路径获取文件属性，面对符号链接时获取的是目标文件的属性fstat用fd获取文件属性，同上lstat用fd获取文件属性，面对符号链接时，获取的符号链接的属性
struct stat 的内容： man 2 stat 查看
主要包括 inodest_sizeuidgid。 命令 ls 和 stat 的内容都是从中拿取的。
例子：用 stat 函数统计文件大小
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<sys/types.h> ##include<sys/stat.h> ##include<unistd.h> static off_t flen(const char *FNAME) { struct stat statres; if(stat(FNAME, &statres) < 0) { perror("stat()"); exit(1); } return statres.st_size; } int main(int argc, char **argv) { if(argc < 2) { fprintf(stderr, "Usage():...n"); exit(1); } printf("%lldn",(long long)flen(argv[1])); exit(0); } 运行结果：
注意： st_size 的属性是 off_t ，大小取决于机器的架构，有的是longlong，有的是int。所以 1. 可以强转为longlong 2.在 makefile 里加 CFLAGS += -D_FILE_OFFSET_BITS=64
文件的 st_size 只是一个文件属性， 而 blocks 才是真正占用的磁盘大小
示例代码
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<sys/types.h> ##include<sys/stat.h> ##include<unistd.h> ##include<fcntl.h> int main(int argc, char ** argv) { if(argc < 2) { fprintf(stderr, "Usagne:...n"); exit(1); } int fd; fd = open(argv[1], O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0600); if(fd < 0) { perror("open()"); exit(1); } if(lseek(fd, 5*1024*1024*1024LL-1LL, SEEK_SET) < 0) { perror("lseek()"); exit(1); } } 运行结果：
程序解释：
- 所有的常量都有单位， 没写单位则默认，
lseek(fd, 5*1024*1024*1024LL-1LL, SEEK_SET)此处如果不加上LL则默认是int，那么就会爆 - 运行结果说明：s
- size为5G大小的文件实际占用的磁盘大小为4KB。
cp发现是空洞内容就不会进行实际的write所以虽然两个文件的size一样，但是第二个文件的blocks为0，实际上不占用磁盘空间。因此出现 siz=5G但不占用磁盘空间。- 二者都表明unix中
size只是一个文件属性，而不是表示文件大小，这一点要和 windows区分开。
- 当前内核运行结果：
| 名词 | 解析 | 一般大小 |
|---|---|---|
| size | 文件的大小，是文件的属性 | / |
| 扇区 | 磁盘划分的单位，存储的最小单元 | 512B（0.5KB） |
| 块block | 文件io的最小单元 | 4096B（4KB = 8*扇区） |
即使存储1KB文件，也要占用一个块（4KB），读取时也是一个块一个块地读（cache）
https://blog.csdn.net/daiyudong2020/article/details/53897775
因此，对于 flen.c ，虽然只有496B，但是也要占用4KB的磁盘空间。（ stat 的blocks的单位是扇区大小，可以推测 blocks ≥ 8）
2.文件属性
stat函数中 st_mode ：一个16位的位图，用于表示文件类型，文件访问权限，以及特殊权限位。
16 ⇒ 7种文件类型(3bit) + 文件访问权限(rwx*3=9bit) + 特殊权限位(uid+gid+sticky=3) = 15
七种文件类型： dcb-lsp 目录、字符设备、块设备、常规文件、符号链接、网络socket、管道
下面函数是使用宏实现的， 判断文件类型， 函数返回真假以表明是否属于这种文件类型
例子：写程序判断文件类型
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<sys/types.h> ##include<sys/stat.h> ##include<unistd.h> ##include<fcntl.h> static char* ftype(const char *FNAME) { struct stat statres; if(stat(FNAME, &statres) < 0) { perror("stat()"); exit(1); } if(S_ISREG(statres.st_mode)) return "regular file"; else return "not regular file"; } int main(int argc, char **argv) { if(argc < 2) { fprintf(stderr, "Usage:...n"); exit(1); } printf("%sn",ftype(argv[1])); exit(0); } 运行结果：
3.umask
作用：避免产生权限过松的文件
文件权限 = 0664 & ~umask
命令 umask 是由函数 umask 封装而成，程序中可以使用函数 umask 来改变umask
4.文件权限管理
命令 chmod
chmod 666 file_name：直接改变文件权限chomod ugo+rwx：加减文件权限
函数 chomod 用法类似：
int chmod(const char *pathname, mode_t mode); int fchmod(int fd, mode_t mode); 5.粘住位
现在用的越来越少，仅做了解
作用：一开始是为了让可执行文件的装载内容在内存中保留，下次调用的时候装载得更快，但现在已经有page cache机制，所以不那么常用
现在一般是给目录设置t位，如 /tmp
6.文件系统：FAT、UFS
FAT文件系统：
静态单链表可以写为：【算法基础课里的写法】
struct node{ int next; //下一个的下标 char data[SIZE]; //数据 }nodes[N]; 也可以写为上述的形式。
可见：FAT文件系统的承载能力取决于N，惧怕大文件；而且由于是单链表，单向索引，所以取数据不灵活。
UFS文件系统：
inode是一个结构体，存储文件相关信息（stat命令就是从这里取的），和一个指针数组（12+3），分别指向11个直接数据块，1个一、二、三级间接数据，存的是数据块的物理地址。所以一个文件对应一个inode，inode的指针数组整合了所有数据块，没有链式结构了，并且不怕大文件了。inode位图和块位图用来表示某一个inode或者某一个块有没有被使用
- 目录文件就是一个文件，没有什么特殊
- 只不过它的文件块中存储的数据是目录项
inode - filename的对应关系 - 路径解析：
- 前提：知道
/目录的数据块，这是周知的，操作系统初始化时就做好，在inode位图里的第二位。 - 解析
/tmp/out：根据/的inode得到/目录文件的数据块，里面的内容是数据项， 包含 out文件名和它对应的inode，在根据 out文件的inode，就可以得到out文件的数据块。
- 前提：知道
7.硬链接，符号链接
ln 内部用 link函数实现， 对应的是 unlink 函数 【 man 2 link/unlink】
unlink实现匿名函数: open 后再 unlink
unlink 封装出命令 rm 和库函数（ man 3 ）函数 remove 【unlink是系统调用，移植性不够好】
asd
其他：
文件移动和重命名： rename → 封装出命令 mv
时间： utime
用以更改 Acess time 和 modify time
9. 文件目录解析 ： glob
- 创建删除：
mkdirrmdir - 更改路径：
chdirfchdir→ 封装出命令mv - 获取当前路径：
getcwd→ 封装出命令pwd
关于main的命令行参数：
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> int main(int argc, char **argv) { int i; for(i=0; argv[i] != NULL; i++) puts(argv[i]); exit(0); } 运行结果：
几点说明：
argv数组是以NULL结尾的- 终端执行
./main *c是可以匹配通配符，是因为main函数的参数支持通配符匹配吗，并不是。是因为*.c是经过 终端shell 再到程序的，是shell把通配符匹配掉了
读取和分析目录：
##include <glob.h> glob(); //把目录操作视为流操作 opendir(); closedir(); readdir(); seekdir(); telldir(); glob函数：
int glob(const char *pattern, int flags, int (*errfunc) (const char *epath, int eerrno), glob_t *pglob); -
参数：
-
pattern模式串，支持通配符 -
flags标志选项：GLOB_NOCHECKGLOB_NOSORTGLOB_APPEND等 -
errfunc函数指针：用来处理错误信息 -
pglob结构体，反填结果gl_pathc和gl_pathv的结构和用法和argc和argv一样
-
-
返回值：成功返回0，失败返回1
例子：列出 /etc 目录下a开头的.conf文件
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<glob.h> ##define PAT "/etc/a*.conf" int main() { int i,err; glob_t globres; err = glob(PAT, 0, NULL, &globres); if(err) { printf("Error code = %dn", err); exit(1); } for(i=0; i < globres.gl_pathc; i++) puts(globres.gl_pathv[i]); exit(0); } 运行结果：
说明
-
为什么
glob出错时不用perror，因为glob不会置errno -
错误处理函数
目录流函数：
##include <sys/types.h> ##include <dirent.h> DIR *opendir(const char *name); DIR *fdopendir(int fd); int closedir(DIR *dirp); struct dirent *readdir(DIR *dirp); 可见和流操作很像，只不过捏的不是 FILE 而是 DIR
例子：列出 /etc 目录下所有文件
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<sys/types.h> ##include<dirent.h> ##define PAT "/etc" int main() { DIR * dp; struct dirent *cur; dp = opendir(PAT); if(dp == NULL) { //会置errno perror("opendir()"); exit(1); } while((cur = readdir(dp)) != NULL) puts(cur->d_name); closedir(dp); exit(0); } 运行结果：
例子：实现指令 du
指令 du 以KB的形式返回 文件或目录 所占用的大小
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<sys/types.h> ##include<sys/stat.h> ##include<unistd.h> ##include<glob.h> ##include<string.h> ##define PATHSIZE 1024 static int path_noloop(const char *path) { char *pos; pos = strrchr(path, '/'); if(pos == NULL) exit(1); if( strcmp(pos+1, ".") == 0 || strcmp(pos+1, "..") == 0) return 0; return 1; } static int64_t mydu(const char *path) { struct stat statres; glob_t globres; int err,i; int64_t sum; char nextpath[PATHSIZE]; //使用lstat if(lstat(path, &statres) < 0) { perror("stat()"); exit(1); } //非目录 if(!S_ISDIR(statres.st_mode)) return statres.st_blocks; //目录文件：递归处理 //拼接路径 strncpy(nextpath, path, PATHSIZE); strncat(nextpath, "/*", PATHSIZE-1); glob(nextpath, 0, NULL, &globres); /*if(err) { fprintf(stderr, "glob():errcode = %dn", err); exit(1); }*/ strncpy(nextpath, path, PATHSIZE); strncat(nextpath, "/.*", PATHSIZE-1); glob(nextpath, GLOB_APPEND, NULL, &globres); //追加方式 /*if(err) { fprintf(stderr, "glob():errcode = %dn", err); exit(1); } */ sum = statres.st_blocks; //算上目录文件本身的大小 //目录下所有文件的大小 for(i=0; i<globres.gl_pathc; i++) { if(path_noloop(globres.gl_pathv[i])) sum += mydu(globres.gl_pathv[i]); } globfree(&globres); //释放空间 return sum; } int main(int argc, char **argv) { if(argc < 2) { fprintf(stderr, "Usage:...n"); exit(1); } printf("%ldt%sn",mydu(argv[1])/2, argv[1]); exit(0); } 运行结果：
注意点：
- 不知道为什么
glob一校验就出错，所以放弃了校验；/*表示路径下所有文件，不包括隐藏文件，所以分两步 strncat的为 PATHSIZE会报警告，所以-1- 常用字符串函数：
strncpystrcmpstrncat(追加)strrchr找到某字符最右边的出现位置
二、系统数据文件和信息
1. 用户信息：/etc/passwd
root 用户才有查看权限
用户信息不能从文件中直接拿，因为不同的系统记录用户数据的方式不同
标准出来和稀泥，规定两个函数：
struct passwd *getpwnam(const char *name); struct passwd *getpwuid(uid_t uid)
例子：输入uid，得到unam
示例代码：
##include<stdlib.h> ##include<stdio.h> ##include<sys/types.h> ##include<pwd.h> int main(int argc, char **argv) { struct passwd *pwdline; if(argc < 2) { fprintf(stderr, "Usage:...n"); exit(1); } pwdline = getpwuid(atoi(argv[1])); puts(pwdline->pw_name); exit(1); } 运行结果：
2. 组信息： /etc/group
两个函数，用法同上
struct group *getgrnam(const char *name); struct group *getgrgid(gid_t gid); 3. 加密： /etc/shadow
##include <shadow.h> struct spwd *getspnam(const char *name); //通过用户名得到 shadow文件中的一行 ##include <crypt.h> **链接的时候加这句：-lcrypt** char *crypt(const char *phrase, const char *setting); //将phrase和杂质串setting加密，返回加密后的串 ##include <unistd.h> char *getpass(const char *prompt); //关闭终端回显功能，输入内容，再打开回显，返回输入的内容 //prompt是提示信息
makefile：crypt链接
例子：写一个 check-pass， 用户输入用户名和密码，判断是否正确
思路：
- 用户输入用户名，用户名通过
getnam拿到shadowline的一行 - 用户输入密码，密码通过
crypt拿到用户输入密码加密后的密文 - 将
shadowline中的密文和用户输入密码加密后的密文比较，相等则成功，否则失败
示例代码：
##include<crypt.h> ##include<unistd.h> ##include<string.h> int main(int argc, char **argv) { char *input_pass; struct spwd *shadowline; char *crypted_pass; if(argc < 2) { fprintf(stderr, "Usage:...n"); exit(1); } input_pass = getpass("Password:"); shadowline = getspnam(argv[1]); crypted_pass = crypt(input_pass, shadowline->sp_pwdp); if(strcmp(crypted_pass, shadowline->sp_pwdp) == 0) puts("ok"); else puts("fail"); exit(0); } 运行结果：
注意点：不知为何修改 makefile 没有作用，所以手动加上了；要用root执行，否则没有权限访问 /etc/shadow，会报 段错误
4. 时间函数
围绕三种数据类型：
time_t：大整数，计算机喜欢struct tm：结构体，程序员喜欢char *：字符串，用户喜欢
涉及到的函数：
##include <time.h> //拿到大整数 time_t time(time_t *tloc) //大整数转结构体 struct tm *gmtime(const time_t *timep); //格林威治时间 struct tm *localtime(const time_t *timep); //本地时间 //结构体转字符串 size_t strftime(char *s, size_t max, const char *format, const struct tm *tm); //结构体转大整数：参数没有const修饰，会调整tm为合法 time_t mktime(struct tm *tm); -
gmtime|localtime：结果指针在静态区，所以结果要马上用，否则会被冲掉 -
结构体成员
例子：编写 timelog.c 输出行号，时间戳，追加输入
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<time.h> ##include<unistd.h> ##define FNAME "/tmp/out" int main() { FILE *fp; int cnt=0; size_t linesize; char *timestr; time_t stamp; struct tm *tm; fp = fopen(FNAME, "a+"); if(fp == NULL) { perror("fopen()"); exit(1); } timestr = NULL; linesize = 0; while(getline(×tr, &linesize, fp) > 0) cnt++; while(1) { time(&stamp); tm = localtime(&stamp); fprintf(fp, "%-4d: %d-%d-%d %d:%d:%dn", ++cnt, tm->tm_year+1900, tm->tm_mon+1, tm->tm_mday, tm->tm_hour, tm->tm_min, tm->tm_sec); fflush(fp); sleep(1); } fclose(fp); exit(0); } 运行结果：
注意点：
- 进程被杀死后没有关闭文件：可控的内存泄漏，之后用钩子函数
- 处理中断，都是全缓冲，要
fflush否则看不到输出
例子： 100days.c ：查看100天后的日期
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<time.h> ##define TIMESTRSIZE 1024 int main() { char timestr[TIMESTRSIZE]; time_t stamp; struct tm *tm; time(&stamp); tm = localtime(&stamp); //各种格式参数查手册 strftime(timestr, TIMESTRSIZE, "Now: %Y-%m-%d", tm); puts(timestr); tm->tm_mday += 100; mktime(tm); //利用mktime副作用修正tm strftime(timestr, TIMESTRSIZE, "After 100 days: %Y-%m-%d", tm); puts(timestr); exit(0); } 运行结果：
三、 进程环境
1. main函数
程序的入口与出口，一个程序有且仅有一个
2. 进程的终止
背过： Very Important!
exit、_exit、_Exit
-
三者的返回值都是给父进程看。shell运行程序后可用
echo $?查看实际返回的状态数不是
int：保留低八位，有符号char-128 ~ +127
-
exit是库函数，其他是系统调用。
exit：先清理现场，调用钩子函数等，后利用_exit退出
_exit：直接退出
exit手册说明
-
何时用
_exit：遇到重大故障，防止故障扩散。
[func只会返回012，但是现在返回了其他值，有理由认为发生了覆盖写，为了防止错误数据扩散，要立即退出，查看错误现场]
钩子函数
执行 exit 之前被逆序调用，像被钩上来一样。作用类似于 析构函数。
int atexit(void (*function)(void)); 例子：演示钩子函数调用时机和顺序
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> void f1(void) { puts("f1 is working"); } void f2(void) { puts("f2 is working"); } void f3(void) { puts("f3 is working"); } int main() { puts("Begin"); atexit(f1); atexit(f2); atexit(f3); puts("End"); exit(0); } 运行结果：
具体的例子 ： 释放打开的文件或其他需要逆操作的资源
不写钩子函数，代码体量会越来越大
钩子函数即可解决此问题，打开某一个文件后，立刻调用钩子函数。这样在进程正常结束前，就会调用钩子函数释放资源：
3. 命令行参数分析
##include <unistd.h> int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring); //关联的全局变量 extern char *optarg; extern int optind, opterr, optopt; - 参数
argcargv就是命令行参数optstring识别的选项- 前面加
-：表示处理非选项，如ls -a /tmp/out中的 /tmp/out - 选项后加
:：表示该选项有参数
- 前面加
- 返回值
- 读取完： -1
- 成功：为选项→选项字符；非选项→1
- 关联的全局变量
optarg：如果选项有参数，指向该参数optind：index，当前在解析第几个参数，用的时候减1表示当前参数
getopt_long()：分析长格式 如 ls --all
例子：mydate.c
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<time.h> ##include<unistd.h> ##include<string.h> ##define TIMESTRSIZE 1024 ##define STROPTSIZE 1024 int main(int argc, char **argv) { char timestr[TIMESTRSIZE]; char stropt[STROPTSIZE]; time_t stamp; struct tm *tm; int c; FILE *fp = stdout; time(&stamp); tm = localtime(&stamp); //先初始化为空串，再往里追加 stropt[0] = ' '; while(1) { c = getopt(argc, argv, "-H:MSy:md"); if(c < 0) break; switch(c) { /*case 1: fp = fopen(argv[optind-1], "w"); if(fp == NULL) { perror("fopen()"); //文件打开失败则写往终端 fp = stdout; } break;*/ case 'H': if(strcmp("12", optarg) == 0) strncat(stropt, "%I(%P) ", STROPTSIZE-1); else if(strcmp("24", optarg) == 0) strncat(stropt,"%H ", STROPTSIZE-1); else fprintf(stderr, "Invalid argument of -Hn"); break; case 'M': strncat(stropt,"%M ", STROPTSIZE-1); break; case 'S': strncat(stropt,"%S ", STROPTSIZE-1); break; case 'y': if(strcmp("2", optarg) == 0) strncat(stropt,"%y ", STROPTSIZE-1); else if(strcmp("4", optarg) == 0) strncat(stropt,"%Y ", STROPTSIZE-1); else fprintf(stderr, "Invalid argument of -yn"); break; case 'm': strncat(stropt,"%m ", STROPTSIZE-1); break; case 'd': strncat(stropt,"%d ", STROPTSIZE-1); break; default: break; } } strncat(stropt, "n", TIMESTRSIZE-1); strftime(timestr, TIMESTRSIZE, stropt, tm); fputs(timestr, fp); //非标准输出才关闭，否则会关闭标准输出 if(fp != stdout) fclose(fp); exit(0); } 运行结果：
未实现的功能：解析非选项参数：指定日期的输出位置。 如 ./mydate -y 4 /tmp/out 表示把年份输入到 /tmp/out 文件中
【视频42】
4. 环境变量
本质：Key = Value
char *getenv(const char *name); int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite); int putenv(char *string); getenv()：提供键，返回值。 例子：puts(getenv("PATH"))setenv()：添加或修改键值对overwrite==1：键已存在，覆盖写overwrite==0：键已存在，不覆盖写
putenv()：添加或修改键值对，不推荐使用，因为参数没有const修饰，可能会被改变
注意： 覆盖写的时候是情况原来的空间，然后转移到堆存储新的键值对。如果不这么做，如果修改后的值所占空间比原来的大，就无法存储。
其他：
export ：命令，查看环境变量
environ ：全局变量数组，类似于argv
5. C程序的存储空间和库
存储空间分布：从下到上： 代码段、为初始化的数据段、初始化的数据段、堆、其他、栈、argcargv。堆和栈的空间可以变动。
3G以上是内核信息
命令 pmap ：查看一个程序的空间：
编一个程序，getchar等待输入，然后另开一个终端 ps axf 查看进程号，然后执行 pmap
库：
手册example。注意使用上述函数的时候要 Link with -ldl.
6. setjmplongjmp
-
类
goto函数的必要性查找有1000层的数的某个结点，没有改变函数空间，那么可以goto快速返回；C++异常抛出机制
经过复杂步骤进来，且没有改变空间，就可以goto快速返回
goto不能实现跨函数跳转，因为现场没有切换。
setjmp 和 longjmp 解决了这个问题。安全地跨函数跳转，被称为长返回，长跳转。
##include <setjmp.h> int setjmp(jmp_buf env); void longjmp(jmp_buf env, int val); setjmp返回值类似fork，后面加分支：如果顺次执行，返回0，跳转回来则返回携带的值。longjmp第二个参数带回0，会被替换为1，防止死循环
例子：跨函数跳转
示例代码：
##include<stdio.h> ##include<stdlib.h> ##include<setjmp.h> jmp_buf save; void c(void) { printf("%s():Begin.n", __FUNCTION__); longjmp(save, 6); printf("%s():End.n", __FUNCTION__); } void b(void) { printf("%s():Begin.n", __FUNCTION__); printf("%s():Call c()n", __FUNCTION__); c(); printf("%s():Return from c()n",__FUNCTION__); printf("%s():End.n", __FUNCTION__); } void a(void) { printf("%s():Begin.n", __FUNCTION__); printf("%s():Call b()n", __FUNCTION__); b(); printf("%s():Return from b()n",__FUNCTION__); printf("%s():End.n", __FUNCTION__); } int main() { int ret; printf("%s():Begin.n", __FUNCTION__); ret = setjmp(save); if(ret == 0) { printf("%s():Call a()n", __FUNCTION__); a(); printf("%s():Return from a()n",__FUNCTION__); } else { printf("%s(): Jmp back here with code: %dn", __FUNCTION__, ret); } printf("%s():End.n", __FUNCTION__); exit(0); } 运行结果：
没跳转
跳转【运行结果】
7. 资源获取及控制
命令 ulimit 用下面两个函数实现：
- 软限制小于等于硬限制
- 普通用户不能提高硬限制， root可以
