操作系统课程设计实验报告

ls命令的实现

西安郵電大學

操作系统课程设计

院系名称学生姓名专业名称班 级学号时

间报 告 书

计算机学院

： ： ： ： ： ：

ls命令的实现

1 实验目的

操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源的虚拟机，其中的文件系统是对软件和设备进行管理的系统，文件系统是操作系统中非常重要的一个模块，它的实现占用了操作系统源码的最大编码量，其好坏也直接影响着用户对操作系统的感受程度。通过对操作系统课程设计的实践，进一步加深对文件系统的认识和理解，并在此基础上培养学生的工程应用能力。实验分别从用户态和内核态两个层次实践文件系统的部分功能。

2 实验任务

2.1 ls实现

在linux下编程实现带参数的shell命令 ls，ls命令必须支持如下功能。 1.基本要求 (1) 支持 -l 参数； (2) 输出结果按字典排序；

(3) 列出“.”文件，支持-a参数，在没有-a时候不显示隐藏文件； (4) 显示记录总数。 2.高级要求

(1) 支持对给定的目录进行操作，如 ls /tmp；

(2) 输出结果分栏排序，每栏的宽度由这一栏最长的文件名决定，显示的栏数还受终端显示器的宽度影响，每一列尽可能的等宽；

(3) 正确显示文件特殊属性suid、sgid和sticky，参见联机帮助确保程序能处理各种情况；

(4) 支持标准的ls支持选项-R，它的功能是递归地列出目录中所有的文件包含子目录中的文件；

(5) 支持标准的ls支持选项-u，它会显示出文件的最后访问时间，如果用了-u而不用-l，会有什么结果？；

(6) 当关掉一个文件的读权限，就不能打开这个文件来读。如果从一个终端登录，打开一个文件，保持文件的打开状态，然后从另外的终端登录，去掉文件的读权限，这时有什么事情会发生？编写一个程序，先用open()打开一个文件，用read()读一些内容，调用sleep()等待20s以后，再读一些内容，从另外的终端，再等待的20s内去掉文件的读权限，这样会有什么结果？。 2.2编写内核模块显示目录或文件的信息。

ls命令的实现

(1) 使用内核模块编程；

(2) 调试《Linux操作系统原理与应用》第8章文件系统P215 的例子； (3) 练习给内核模块传入参数，参考关于带参数的模块编程/uid-796091-id-3206153.html； (4) 给内核模块传入参数path，其中path为绝对路径；

1） 当path为目录时，显示目录对应的dentrey结构中的相关信息（可打印

的信息）；

2） 当path为文件时，显示文件对应的indoe结构中的相关信息（可打印的

信息）；

3） 当路径错误时，有错误提示信息。

3 开发环境

开发环境如下表2.3-1：

表2.3-1

4测试环境

ls命令的实现

5总体设计

5.1功能组织图

Ls命令的功能组织图如下图5.1-1：

ls命令的实现

打印内核信息的功能组织图如下图5.1-2：

内核模块传入参数的功能组织图如下图5.1-3：

ls命令的实现

5.2原理

linux解释：Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统

linux下c编程与windows下c编程的区别：C标准都是一样的，但是不同的操作系统下有不同的系统API调用，也有不同的编译器！如果只是做简单的练习，不需要调用系统函数的话，是完全一样的，但是在WINDOWS下编译生成的可执行文件在LINUX下是运行不起来的，要在LINUX下运行必须用LINUX下的编译器，比如GCC，这种编译器可以找到WINDOWS版本的，但是编译出来的就在WINDOWS下运行不了！简单说就是不同操作系统下的可执行文件是不能通用的，因为不同的操作系统有不同的进程结构.

文件系统原理：opendir函数的参数为一个绝对路径或者相对路径，返回值为结构体dirent类型的数值或者空值。结构体dirent中包含d_name选项，d_name中是文件名称。Stat函数参数1是文件的绝对路径，参数2是struct stat 结构体的一个参数，ststat("",&info);返回目录的相关信息，st_mode文件类型 st_uid用户（id) st_gid组（id），st_size文件大小 st_nlike文件连接数，st_mtime文件最后修改时间 st_atime最后访问时间，st_ctime文件属性最后改变时间。在<sys/stat.h>有如下定义：

#define S_IFMT 0170000 记录文件的类型#define S_IFREG0100000 regular #define S_IFDIR 0040000directory #define S_IBLK 0060000特殊块 #define S_IFCHR 0020000字符块 #define S_IFIFO 0010000 fifo #define S_IFLNK 0120000文件连接数 #define S_IFSOCK 0140000通道 if(S_ISDIR(mode)) str[0] = 'd';是设备if(S_ISCHR(mode)) str[0] = 'c';字符设备if(S_ISDIR(mode)) str[0] = 'b';块设备if(S_IRUSR & mode) str[1] = 'r';可读if(S_IWUSR & mode) str[2] = 'w';可写if(S_IXUSR & mode) str[5] = 'w';可写if(S_IXGRP & mode) str[6] = 'x'; 可执行if(S_IROTH & mode) str[7] = 'r';可读 if(S_IWOTH & mode) str[8] = 'w';可写if(S_IXOTH & mode) str[9] = 'x';可执行。Struct passwd 结构体中pw_name 用户名，pw_passwd用户密码，pw_uid用户id，pw_gid 组id，pw_gecos真是名称pw_dir用户目录pw_shell shell命令。

mode)

str[3] = 'x';可执行if(S_IRGRP & mode) str[4] = 'r';可读 if(S_IWGRP &

ls命令的实现

6详细设计

6.1.1模块一ls命令实现 1.功能

①ls -l：每个文件单独占一行，显示文件的详细属性信息 ②ls -a：显示包括隐藏文件在内的所有文件 ③ls -u：显示出文件的最后访问时间 ④ls：显示的文件名按字典顺序排序 ⑤ls /指定目录：显示当前目录下的内容

⑥ls -lu：每个文件单独占一行，显示文件的详细属性信息，并且显示出文件的 最后访问时间

⑦ls -la：显示包括隐藏文件在内的所有文件的详细属性信息

⑧ls -lua：显示包括隐藏文件在内的所有文件的详细属性信息，并且显示出文 件的最后访问时间

⑨chmod 权限 文件名：修改文件的权限，并且显示出此文件是否受suid，sgid 和sticky的控制

⑩chmod 权限(3位) 在一终端运行程序，读取文件信息，在另一终端修改文 件权限，看结果。

6.1.2模块一ls命令实现

①编写内核模块，打印super_block结构中一些域的值。(课本上的例子)遍历系统中的超级块：list_head结构类型的字段名称为s_list。list_entry宏通过指向list_head节点的地址来得到外部超级块的首地址。获取系统中个超级块的地址，获得某个子进程的地址，打印文件系统所在的主设备号和次设备号和文件系统名。遍历打印每个超级块中的所有索引节点号，打印索引结点。

②给内核模块传入参数path，其中path为绝对路径 path=路径时，显示如下信息：

1.哈希表 2.目录项名 3.短目录名 4.目录项标志 5.目录项长度

6.目录项计数器的引用

path=文件时，显示如下信息：

1.版本号 2.用户组ID 3.用户ID 4.硬链接数 5.引用记数 6.文件大小 7.文件的块数 8.文件类型和权限 9.索引节点的状态

10.以位为单位的块大小

ls命令的实现

11.文件索引节点的数量

12.指定文件系统的读写访问标志

2.算法/流程图

实现ls命令功能流程图如下：

ls命令的实现

内核模块：打印super_block结构中的一些域的值。

给内核模块传入参数path流程图，其中path为绝对路径；当path为目录时，显示目录对应的dentrey结构中的相关信息；当path为文件时，显示文件对应的indoe结构中的相关信息；当路径错误时，有错误提示信息。

ls命令的实现

开始输的 是入目录

否

输入是 的目录是否

是

误错打 印denteyr结构 信体息打 印edntrey结构 信息体打印错信误息

束结

ls命令的实现

3.运行结果 （一）ls

ls -l(1):

ls -l

以长格式的形式查看当前目录下所有文件

ls -a(2)：

ls -a将隐藏文件显示出来，并按照字典进行排序

ls -R(3):

ls -R递归地列出目录中所有的文件包含子目录中的文件

ls -u(4):

ls -u根据文件最后显示时间列出

对给定目录进行操作： 1）如

./ls /tmp(5)

2)对绝对路径目录进行操作：./ls /home/weiyue/linux(6)

ls命令的实现

3)对相对路径目录进行操作：

./ls ../linux(7)

读权限：

1）先显示正常情况下：

(8)

2）再执行一次，

然后在另外一个终端里修改文件的权限：

chmod 000 abc.txt(9)

然后观察结果：

再执行一次，观察结果：（11）

（二）内核测试结果：

1）调试P215，观察数据结构中的数据：（12）

ls命令的实现

进行内核操作时要在root权限下

2）给内核模块传入参数path，其中path为绝对路径：

1.当path为目录时，显示目录对应的dentrey结构中的相关信息（可打印的信息）；

2.当path为文件时，显示文件对应的indoe结构中的相关信息（可打印的信息）；

3.当路径错误时，有错误提示信息

ls命令的实现

4.模块使用的主要函数、数据类型和宏 (1)主要函数说明 1）函数do_ls（）；

原型；void do_ls(char dirname[],int choose,int abcd)

功能：输出当前目录，或者指定目录（默认当前目录）的所有文件的信息，

结果按字典排序。先按文件名称长度排序，相等长度的名称的按字典排 序，无论中文名称的长度是多少，统一排在最后一个英文名称的文件后 面，中文名称的文件名称按长度排序，相等长度的按字典排序。

参数：char dirname[]，含有文件名称的字符串，abcd，选项选择输出详细

信息或不输出相信信息

ls命令的实现

返回值：void

2）函数do_ls（）；

原型:void do_ls(char *);

功能：根据参数进行ls命令功能实现 返回值：void

3）函数file_info( )；

原型：void file_info( char *filename, struct stat *info_p ) 功能：输出文件的信息：分配给文件的超级块的节点号，访问控制权限

引用计数，硬链接数使用者ID，使用者组ID，版本号，以字节为单位

4）函数qsort（）；

原型；qsort(filename,i,sizeof(filename[0]),cmp);

功能：根据cmp函数比较filename中所有名称，返回有序的名称数组。 参数：filename名称数组，i数组的个数，sizeof(filename[0])，数组单

元的大小，cmp用于比较函数的的函数。 返回值：void

的文件大小，文件块数，状态标志 返回值：void

7测试方法与测试结果

7.1测试方法以及测试结果

单元测试：

ls命令的实现

课程设计要求确认测试：

ls命令的实现

8调试情况，设计技巧及体会

在本次为期两周的课设中，我们完成了通过自己编码实现ls的功能，并

且可以带部分参数（-l,-a,-R,-u），以及部分内核态的操作，可以给内核模块传入参数path。

设计过程中，要先对代码架构进行构思，然后用结构化分析方法进行分

析，将ls命令系统清楚的划分为几个模块，再根据每个模块的功能编写代码。而且尽可能的将模块细分，最后在进行函数的调用。在函数的编写过程中，不仅用到了很多系统的结构体，还用到了函数之间的调用（包括递归调用）。只要将每个模块都认真做好，都会很很大的收获。

之前已经学习linux的一些东西，但是我所学的知识最多也就是在做作

业的时候才会用到，很少实现系统一级的代码，平时没有什么练习的机会，这次的课程设计通过自己构思，和同学讨论并且不断查阅资料来设计一项程序。这次设计，不仅巩固了我以前所学的知识，还让我对系统调用有了更深一步的了解，掌握了更多的技巧和技能。

虽然两周的时间很短短，但是收获却是满满的。希望以后在学习过程中，

多加练习，争取更大的进步。

9参考资料

[1] DANIEL P.BOVET&MARCO CESATI. 深入理解LINUX内核[M]. 陈莉君，张琼声，张宏

伟，译.第三版. 北京：中国电力出版社，2007:825-831. 出版社，2011：293-399，596-608.

[2]unix、linux编程实战教程. BruceMolay著，杨海源，黄海涛译 北京：清华大学

源程序清单

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tqem.html