20155322 2017-2018-1《信息安全系统设计》第九周 Linux命令：pwd命令学习与简单实现

pwd命令学习

功能

• Linux中用 pwd 命令来查看”当前工作目录“的完整路径。

格式

• pwd [选项]

实例

• 用 pwd 命令查看默认工作目录的完整路径：
• 用 pwd 命令查看当前工作路径：
  
  

pwd命令实现

实现原理

• 关于目录：

  • 目录其实也是一种文件，只不过这种文件比较特殊，它里面存储的是一张对应表，即文件名和i节点的对应关系表，而i节点才是记录此文件详细信息的结构，如文件大小，属性，权限，存在硬盘的那个块等。我们在一个目录创建文件就是在这张表里添加对应关系而已，使用某个文件时也是根据i节点确定在硬盘的实际存储位置的。

  • 我们可以使用“ls -iaR"命令尝试看一下文件的i节点信息。
    
    

  • pwd命令实现思路：内核为每个目录都设置了一个指向自己的i节点入口，即"."，还有一个指向其父目录i节点的入口，即”.."，我们首先获取当前目录的i节点编号，但是并不能知道当前目录的名称，我们切换到其的父目录，在里面寻找当前i节点编号对应的文件名即可。终止条件是“."和“..”指向同一个i节点，我们可以以此判断是否发到达了根目录。

实现过程

如何得到i结点

• 使用man命令查询pwd相关信息，发现pwd的实现与目录directory相关:
  
  
• 于是我使用命令man -k directory | grep 2查看与directory相关的函数调用：
  
  
• 发现有几个函数好像有关：getattrlistbulk/getdirentries/getdirentriesattr上网查阅了下：发现这是Mac中的一个系列函数，其功能是获取系统文件属性，相关资料但是发现使用起来非常费劲，这点可以从函数的原型看出来：
  
  
• 但是我在里面发现，博主在写的时候说可以把getattrlist()看作是stat()的加强版于是我man了一现stat：man -k stat | grep 2，发现了stat()：get file status
• 通过网上浏览，我了解到了stat()函数通过一个结构体来存储，里面有我需要的i结点：

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)
};

• stat()函数的使用：
  • 表头文件: #include <sys/stat.h>#include <unistd.h>
  • 定义函数: int stat(const char *file_name, struct stat *buf);
  • 函数说明: 通过文件名filename获取文件信息，并保存在buf所指的结构体stat中
  • 返回值: 执行成功则返回0，失败返回-1，错误代码存于errno
    
    美滋滋，于是通过一个函数来实现了i结点的获取：

//根据文件名获取文件的inode-number
ino_t get_ino_byname(char *filename)
{
    struct stat file_stat;
    if(0 != stat(filename, &file_stat)) //stat()通过文件名filename获取文件信息，并保存在buf所指的结构体stat中
    {
        perror("stat");
        exit(-1);
    }  

    return file_stat.st_ino;  

通过i结点获取当前路径下的文件名

• 在我们知道如何得到"."".."的i结点后，我们需要通过".."路径下的文件目录来获取我们当前的文件名，那么怎么打开一个目录呢？我man dir
  
  
  
  发现里面有一个叫opendir的东西，man他之后发现我需要的函数：opendir``readdir``closedir
  
  
  
  只需先用opendir读取当前目录，返回DIR结构体，然后通过readdir读取每个目录，获取dirent结构体，通过里面的d_ino与我们之前的获得的i结点比较，找到我们的绝对路径。

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:
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.
};

• 实现函数：

char *find_name_byino(ino_t ino)
{
    DIR *dp = NULL;
    struct dirent *dptr = NULL;
    char *filename = NULL;  

    if(NULL == (dp = opendir("."))) //opendir()打开一个目录，在失败的时候返回一个空的指针,成返回DIR结构体
    {
        fprintf(stderr, "Can not open Current Directory\n");
        exit(-1);
    }
    else
    {
        while(NULL != (dptr = readdir(dp))) //readdir()用来读取目录。返回是dirent结构体指针
        {
            if(dptr->d_ino == ino)
            {
                filename = strdup(dptr->d_name); //strdup()将串拷贝到新建的位置处,返回一个指针,指向为复制字符串分配的空间;如果分配空间失败,则返回NULL值.
                break;
            }
        }  

        closedir(dp);
    }  

    return filename;
}

其实还有一种实现方法

• 在使用man -k dir | grep 3查询的时候我找到了一个函数getcwd，这个东西可以直接查询到当前工作路径：
  
  
• 通过这个方法实现就很简单了：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
    char buff[256];
    getcwd(buff,sizeof(buff));
    printf("当前路径为:%s\n",buff);
    return 0;
}

实现代码

这个代码是我参考网上提供的代码，通过它的辅助我理解了PWD的整个实现过程：

#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)  //限制最大的目录深度
#define TRUE 1
#define FALSE 0  

//根据文件名获取文件的inode-number
ino_t get_ino_byname(char *filename)
{
    struct stat file_stat;
    if(0 != stat(filename, &file_stat)) //stat()通过文件名filename获取文件信息，并保存在buf所指的结构体stat中
    {
        perror("stat");
        exit(-1);
    }  

    return file_stat.st_ino;
}  

//根据inode-number, 在当前目录中查找对呀的文件名
char *find_name_byino(ino_t ino)
{
    DIR *dp = NULL;
    struct dirent *dptr = NULL;
    char *filename = NULL;  

    if(NULL == (dp = opendir("."))) //opendir()打开一个目录，在失败的时候返回一个空的指针,成返回DIR结构体
    {
        fprintf(stderr, "Can not open Current Directory\n");
        exit(-1);
    }
    else
    {
        while(NULL != (dptr = readdir(dp))) //readdir()用来读取目录。返回是dirent结构体指针
        {
            if(dptr->d_ino == ino)
            {
                filename = strdup(dptr->d_name); //strdup()将串拷贝到新建的位置处,返回一个指针,指向为复制字符串分配的空间;如果分配空间失败,则返回NULL值.
                break;
            }
        }  

        closedir(dp);
    }  

    return filename;
}  

int main(int argc, char *argv[])
{
    //记录目名的栈
    char *dir_stack[MAX_DIR_DEPTH];
    unsigned current_depth = 0;  

    while(TRUE)
    {
        ino_t current_ino = get_ino_byname("."); //通过特殊的文件名"."获取当期目录的inode-number  

        ino_t parent_ino = get_ino_byname(".."); //通过特殊的文件名".."获取当前目录的父目录的inode-number  

        if(current_ino == parent_ino)
            break;               //达到根目录,推出循环  

        /*两个inode-number不一样*/
        chdir(".."); //更改当前工作目录,变为当前目录的父目录
        dir_stack[current_depth++] = find_name_byino(current_ino); //"文件名"地址存放  

        if(current_depth >= MAX_DIR_DEPTH) //路径名太深
        {
            fprintf(stderr, "Directory tree is too deep.\n");
            exit(-1);
        }
    }  

    int i = current_depth - 1;
    for(i = current_depth - 1; i >= 0; i--) //打印路径
    {
        fprintf(stdout, "/%s", dir_stack[i]);
    }
    fprintf(stdout, "%s\n", current_depth == 0 ? "/" : "");  

    return 0;
}

参考资料

• Mac OS X的Getattrlist系列函数
• linux stat函数讲解
• linux 是如何通过i节点号找到目录项的
• C语言实现linux pwd命令