20165324_mypwd

20165324_mypwd

实验要求

• 实验要求
  1. 学习pwd命令
  2. 研究pwd实现需要的系统调用(man -k; grep),写出伪代码
  3. 实现mypwd
  4. 测试mypwd

背景知识

文件存储结构

• 介绍文件存储结构前先来看看文件系统如何划分磁盘，创建一个文件、目录、链接的过程。

• 物理磁盘到文件系统
  
  我们知道文件最终是保存在硬盘上的。硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，不同容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两面，都可记录信息。盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储128×2的N次方（N＝0.1.2.3）字节信息。在DOS中每扇区是128×2的2次方＝512字节，盘片表面上以盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为磁道。硬盘中，不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面。磁道与柱面都是表示不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱面可以互换使用，我们知道，每个磁盘有两个面，每个面都有一个磁头，习惯用磁头号来区分。扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参数，帮这些参数可以得到硬盘的容量，基计算公式为：
  
  存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数

• 要点：

  1. 硬盘有数个盘片，每盘片两个面，每个面一个磁头
  2. 盘片被划分为多个扇形区域即扇区
  3. 同一盘片不同半径的同心圆为磁道
  4. 不同盘片相同半径构成的圆柱面即柱面

• 那么这些空间又是怎么管理起来的呢？unix/linux使用了一个简单的方法。它将磁盘块分为以下三个部分：

  1. 超级块，文件系统中第一个块被称为超级块。这个块存放文件系统本身的结构信息。比如，超级块记录了每个区域的大小，超级块也存放未被使用的磁盘块的信息。
  2. I-切点表。超级块的下一个部分就是i-节点表。每个i-节点就是一个对应一个文件/目录的结构，这个结构它包含了一个文件的长度、创建及修改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。一个文件系统维护了一个索引节点的数组，每个文件或目录都与索引节点数组中的唯一一个元素对应。系统给每个索引节点分配了一个号码，也就是该节点在数组中的索引号，称为索引节
  3. 数据区。文件系统的第3个部分是数据区。文件的内容保存在这个区域。磁盘上所有块的大小都一样。如果文件包含了超过一个块的内容，则文件内容会存放在多个磁盘块中。一个较大的文件很容易分布上千个独产的磁盘块中。

• Linux正统的文件系统(如ext2、ext3)一个文件由目录项、inode和数据块组成。

  1. 目录项:包括文件名和inode节点号。
  2. Inode：又称文件索引节点，是文件基本信息的存放地和数据块指针存放地。
  3. 数据块：文件的具体内容存放地。

• Linux正统的文件系统(如ext2、3等)将硬盘分区时会划分出目录块、inode Table区块和data block数据区域。一个文件由一个目录项、inode和数据区域块组成。Inode包含文件的属性(如读写属性、owner等，以及指向数据块的指针)，数据区域块则是文件内容。当查看某个文件时，会先从inode table中查出文件属性及数据存放点，再从数据块中读取数据。

• 文件存储结构大概如下：

• 目录项结构：

• 其中文件的inode结构如下（inode里所包含的文件信息可以通过stat filename查看得到）：

pwd

• pwd:pwd命令以绝对路径的方式显示用户当前工作目录。命令将当前目录的全路径名称（从根目录）写入标准输出。全部目录使用/分隔。第一个/表示根目录，最后一个目录是当前目录。执行pwd命令可立刻得知您目前所在的工作目录的绝对路径名称。
• man pwd:

通过调用getcwd(3)来完成pwd的实现：

• man getcwd:

• 实现代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main(void)
{
    char *path = NULL;
    path = getcwd(NULL,0);
    puts(path);
    free(path);
    return 0;
}

• 运行结果：

通过学习star来实现pwd

• 结构体stat:stat函数用来获取指定路径的文件或者文件夹的信息。

struct stat {
    dev_t         st_dev;       //文件的设备编号
    ino_t         st_ino;       //节点
    mode_t        st_mode;      //文件的类型和存取的权限
    nlink_t       st_nlink;     //连到该文件的硬连接数目，刚建立的文件值为1
    uid_t         st_uid;       //用户ID
    gid_t         st_gid;       //组ID
    dev_t         st_rdev;      //(设备类型)若此文件为设备文件，则为其设备编号
    off_t         st_size;      //文件字节数(文件大小)
    unsigned long st_blksize;   //块大小(文件系统的I/O 缓冲区大小)
    unsigned long st_blocks;    //块数
    time_t        st_atime;     //最后一次访问时间
    time_t        st_mtime;     //最后一次修改时间
    time_t        st_ctime;     //最后一次改变时间(指属性)
};

• dirent结构体:首先我们要弄清楚目录文件（directory file）的概念：这种文件包含了其他文件的名字以及指向与这些文件有关的信息的指针（摘自《UNIX环境高级编程（第二版）》）。从定义能够看出，dirent不仅仅指向目录，还指向目录中的具体文件，readdir函数同样也读取目录下的文件，这就是证据。
• dirent结构体:

struct dirent
{
    long d_ino; //inode number 索引节点号
    off_t d_off; //offset to this dirent 在目录文件中的偏移
    unsigned short d_reclen;// length of this d_name 文件名长
    unsigned char d_type; //the type of d_name 文件类型
    char d_name [NAME_MAX+1]; //file name (null-terminated) 文件名，最长255字符
};

• DIR结构体:DIR结构体类似于FILE，是一个内部结构，以下几个函数用这个内部结构保存当前正在被读取的目录的有关信息（摘自《UNIX环境高级编程（第二版）》）。函数 DIR *opendir(const char *pathname)，即打开文件目录，返回的就是指向DIR结构体的指针，而该指针由以下几个函数使用:

struct dirent *readdir(DIR *dp);   

void rewinddir(DIR *dp);   

int closedir(DIR *dp);   

long telldir(DIR *dp);   

void seekdir(DIR *dp,long loc);

• DIR结构体：

struct __dirstream
{
    void *__fd; // `struct hurd_fd' pointer for descriptor.
    char *__data; // Directory block.
    int __entry_data; // Entry number `__data' corresponds to.
    char *__ptr; // Current pointer into the block.
    int __entry_ptr; // Entry number `__ptr' corresponds to.
    size_t __allocation;// Space allocated for the block.
    size_t __size; // Total valid data in the block.
    __libc_lock_define (, __lock) // Mutex lock for this structure.
};
typedef struct __dirstream DIR;

• mypwd.c:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define MAX_DIR_DEPTH (256)
#define TRUE 1
#define FALSE 0

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;
}

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;
}

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

    char *dir_stack[MAX_DIR_DEPTH];
    unsigned current_depth = 0;

    while(TRUE)
    {
        ino_t current_ino = get_ino_byname(".");
        ino_t parent_ino = get_ino_byname(".."); 

        if(current_ino == parent_ino)
            break;                      /*两个inode-number不一样*/
        chdir("..");
        dir_stack[current_depth++] = find_name_byino(current_ino);
        if(current_depth >= MAX_DIR_DEPTH)      {
            fprintf(stderr, "Directory tree is too deep.\n");
            exit(-1);
        }
    }

    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;
}

• 运行结果：