實驗內容

通過實現Linux的pwd命令，以理解Linux檔案系統的基本概念一集內部實現，並熟悉Linux系統與檔案系統相關的系統呼叫介面。

知識點：

• 列表內容
• Linux pwd命令
• Linux檔案系統中檔案及目錄的實現方式
• Linux檔案及目錄系統呼叫介面的使用

pwd命令

pwd命令的用處是輸出當前工作目錄的絕對路徑，可以不帶任何引數直接使用。

1.0版本的pwd

/*
 * 檔名： mypwd1.c
 * 描述：通過系統函式getcwd實現pwd命令
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 

#include <unistd.h>

int main(void)
{   
    char buf[1024];

    char *cwd =getcwd(buf, sizeof(buf));

    if (NULL == cwd) {
        perror("Get cerrent working directory fail.\n");
        exit(-1);
    } else {
        printf("Current working directory is : %s\n", cwd);
    }

    return 0;
}
 

雖然這段程式碼實現了pwd的功能，但是卻依然無法為我們解答pwd是如何工作的。

要了解pwd是如何工作的，我們還必須先了解Linux中對於檔案目錄的組織方式開始。

Linux中的檔案

在Linux中的檔案系統中，檔案=N(N>=1)個inode+M(M>=1)個數據塊。

資料塊，存放檔案的內容資料，資料塊的數目根據檔案內容大小而定。

inode成為資訊節點，有兩個作用：

1. 儲存根檔案線管的屬性資訊，如修改時間、所有者、檔案型別和檔案長度，並沒有檔名；
2. 儲存指向檔案內容資料塊的指標資訊。

在一個檔案系統中，一個inode代表一個檔案，並使用一個整數值來表示該inode，成為inode-number

下面通過一段程式來獲取某個檔案的inode資訊：

*  檔名：filestat.c
*  描述：列印指定檔名的inode資訊
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

struct stat file_stat;

void print_file_stat(struct stat *fs)
{
    printf(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>\n");
    printf("inode: \t\t\t\t%ld\n", fs->st_ino);
    printf("protection: \t\t\t%o\n", fs->st_mode);
    printf("number of hard links: \t\t%lu\n", fs->st_nlink);
    printf("user ID of owner: \t\t%d\n", fs->st_uid);
    printf("group ID of owner: \t\t%d\n", fs->st_gid);
    printf("file size in bytes: \t\t%ld\n", fs->st_size);
    printf("time of last access: \t\t%s", ctime(&fs->st_atime));
    printf("time of last modification: \t%s", ctime(&fs->st_mtime));
    printf("time of last change: \t\t%s", ctime(&fs->st_ctime));
}   

int main(int argc, char* argv[])
{   

    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s filename...\n", argv[0]);
        exit(-1);
    }

    if (0 != stat(argv[1], &file_stat)) {
        perror("stat"); 
        exit(-1);
    }

    print_file_stat(&file_stat);

    return 0;
}

Linux中的目錄

在Linux系統中，檔案系統通過目錄“包含”子目錄及檔案的方式，來組織成一個樹狀結構。那麼目錄是如何“包含”其他目錄及檔案的呢？

目錄，在Linux中，其實也是一種檔案，所以它也是由“inode+資料塊”構成的。而氣溫件內容是一個列表，每一個列表記錄“inode-number+filename”。

因此，我們通常所說的目錄a“包含”檔案b，其實現層面上的意思是，目錄a的內容列表裡有一個關於檔案b的列表項，即“b的inode-number+b的filename”。

綜上，Linux中，一個檔案（包括目錄）的檔名，及檔名與inode的對應關係，都是由包含該檔案的目錄所描述的。

下面的例子，掩飾瞭如何列印指定目錄的內容列表：

/*
* 檔名：directorylist.c
* 描述：列印指定目錄的內容列表
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/types.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s directory...\n", argv[0]);
        exit(-1);
    }

    DIR *dp = NULL;
    struct dirent *dptr = NULL;
    if (NULL == (dp = opendir(argv[1]))) {
        fprintf(stderr, "Can not open Input Directory [%s]\n", argv[1]);
        exit(-1);
    } else {
        printf("Directory [%s] Content List: \n", argv[1]);
        while (NULL != (dptr = readdir(dp))) {
            printf("inode-number: %-10ld \t filename: %s\n", dptr->d_ino, dptr->d_name);
        }

        closedir(dp);
    }

    return 0;
}

實現pwd命令

實現思路：
1. 通過特殊的檔名”.”獲取當前目錄的inode-number(假設當前目錄為a)
2. 通過特殊的檔名”..”獲取當前目錄的父級目錄的inode-number
3. 判斷當前目錄和上級目錄的inode-number是否一樣
4. 如果兩個inode-number一樣說明達到根目錄，輸出完整路徑，退出程式
5. 如果兩個inode-number不一樣，切換至父級目錄，根據步驟1獲取的inode-number，在父級目錄中搜索對應的檔名並記錄下來，然後重新回到步驟1

實現程式碼：

/*
* 檔名：mypwd.c
* 描述：實現簡單的pwd命令
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

/*根據檔名獲取檔案inode-number*/
ino_t get_ino_byname(char *filename)
{
    struct stat file_stat;
    if (0 != stat(filename, &file_stat)) {
        perror("stat");
        exit(-1);
    }
    return file_stat.st_ino;
}

/*根據inode-number ，在當前目錄中查詢對應的檔名*/
char* find_name_byino(ino_t ino)
{
    DIR *dp = NULL;
    struct dirent *dptr = NULL;
    char *filename = NULL;
    if (NULL == (dp = opendir("."))) {
        fprintf(stderr, "Can not open Current Directory\n");
        exit(-1);
    } else {
        while (NULL != (dptr = readdir(dp))) {
            if (dptr->d_ino == ino) {
                filename = strdup(dptr->d_name);
                break;
            }
        }
        closedir(dp);
    }
    return filename;
}

/*限制最大的目錄深度*/
#define MAX_DIR_DEPTH (256)

int main(int argc, char *argv[])
{
    /*記錄目錄名的棧*/
    char *dir_stack[MAX_DIR_DEPTH];
    unsigned current_depth = 0;

    for(;;) {
        /*1.通過特殊的檔名“.”獲取當前目錄的inode-number*/
        ino_t current_ino = get_ino_byname(".");
        /*2.通過特殊的檔名“..”獲取當前目錄的父級目錄的inode-number*/
        ino_t parent_ino = get_ino_byname("..");

        /*3.判斷當前目錄和上級目錄的inode-number是否一樣*/
        if (current_ino == parent_ino)
            break; /*4.如果兩個inode-number一樣說明到達根目錄*/

        /*5.如果兩個inode-number不一樣*/
        /*切換至父級目錄，根據步驟1獲取的inode-number，在父級目錄中搜索對應的檔名並記錄下來, 重新回到步驟1*/
        chdir("..");
        dir_stack[current_depth++] = find_name_byino(current_ino);
        if (current_depth>=MAX_DIR_DEPTH) { /*路徑名太深*/
             fprintf(stderr, "Directory tree is too deep.\n");
             exit(-1);
        }
    }

    /*輸出完整路徑名*/
    int i = current_depth-1;
    for (i = current_depth-1; i>=0; i--) {
       fprintf(stdout, "/%s", dir_stack[i]);
    }
    fprintf(stdout, "%s\n", current_depth==0?"/":"");

    return 0;
}

參考資料