西安邮电大学linux操作系统课程设计ls的编写含源码.docx

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西安邮电大学linux操作系统课程设计ls的编写含源码

西安郵電大學

操作系统课程设计

报告书

院系名称

：

计算机学院

学生姓名

：

专业名称

：

软件工程

班级

：

班

学号

：

时间

：

2015年4月13日至2015年4月24日

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

2.1ls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。

（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

（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

设备名称

设备类型

配置类型

参数

Lenovo

G480

PC机

硬件配置

RAM4G

软件配置

Ubuntu32位

4测试环境

设备名称

设备类型

配置类型

参数

Lenovo

G480

PC机

硬件配置

RAM4G

软件配置

Ubuntu32位

5总体设计

5.1功能组织图

ls功能图：

运行命令

Ls

-a

Ls

Ls

-l

Ls

-la

添加/temp（指定目录）

输出所有文件属性

输出隐藏文件

输出文件属性

按字典顺序排序

文件权限：

运行命令

chmod修改权限

读文件，ls显示权限信息

内核模块：

super_blocks:

运行命令

加载模块

加锁

遍历系统中的超级块

打印文件设备号

打印文件系统名

打印索引结点号统计索引结点计数

卸载模块

path:

运行命令

路径错误

Path=文件

Path=目录

显示目录信息

显示错误信息

显示文件信息

5.2原理

linux 文件系统  ：

linux下有普通文件、目录文件、链接文件、设备文件、管道文件这几种类型。

但链接文件、设备文件、管道文件都可以当做普通文件看待，那实际也就只要区分普通文件和目录文件这两种了。

而目录文件的内容就是它所包含所有文件和子目录的一个列表，所以只要打开目录文件并读取对应目录块里的那个列表数据，就可以得到些目录下所有文件和子目录的名称了。

其实这个流程简单，就是：

打开目录->读取内容->显示文件名称->关闭打开的目录。

Linux系统中会有很多目录。

每个目录中又会有很多文件。

如果要列出一个非当前目录的内容或者是一个特定文件的信息，则需要在参数中给出目录名或文件名。

如：

 ls /tmp //列出/tmp目录中各文件的文件名   

ls – docs //列出docs目录中各文件的属性 

ls *.c //列出当前目录下与*.c匹配的文件，即当前目录下所有以.c为后缀的     经常用到的命令行选项 

ls -l 在前面已经提到过,-l就是输出文件详细的信息     

 ls -a 列出的内容包含以“.“开头的文件,即所谓有隐藏文件 

 Linux的文件访问权限：

Linux是一个安全的操作系统，说他安全，最重要的一个原因是对用户访问权限的控制。

在shell下我们可以通过命令ls-lfilename来查看一文件的属性。

其中第一项文件属性总共由10位构成，第一位是文件类型，剩下9位都是表示文件的访问权限，每3个一组，第一组：

文件所有者对该文件的操作权限，第二组表示与文件所有者同组的用户对该文件的操作权限，第三组表示其他用户对该文件的操作权限，权限由三种字母组成：

r:

可读w:

可写x:

可执行。

编写内核模块

1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：

目录项标志、哈希表、短目录名、目录项长度、目录项名、目录项计数器的引用

path=文件时，显示如下信息：

文件索引节点的数量、文件类型和权限、用户ID、用户组ID、指定文件系统的读写访问标志、文件大小、索引节点的状态、硬链接数、引用记数、文件的块、版本号、以位为单位的块大小

6详细设计

6.1模块一ls

1.功能

（1）ls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。

（5）支持对给定的目录进行操作，如ls/tmp；

（6）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；

（7）修改文件权限

2.算法/流程图

ls算法描述:

用parameter[20]保存命令行参数的值，用path[PATH_MAX+1]保存文件的路径名；程序运行时，先将命令参数保存下来，并给flag_parameter赋相应的值，再判断文件路径是否存在，不存在则代表当前目录，将./赋值给path，若存在，则根据文件路径判断是文件还是目录，若是文件，就根据flag_parameter和path调用Output_parameter（）函数，输出该文件的属性；若是目录，就将正确的目录名保存到path；最后根据flag_parameter和path调用Output_dir（）函数，列出目录下所有文件的属性。

流程图：

main（）函数:

开始

parameter[20]保存命令行参数的值

给flag_parameter赋相应的值

判断是否有文件路径

否

给path赋值为./

是

文件路径名保存在path中

判断文件路径是否存在

否

是

判断文件路径是目录

否

是

调用Output_dir（flag_parameter,path）;

判断文件路径是文件

否

是

调用Output_parameter（flag_parameter,path）;

结束

Output_file_attribute（）：

开始

给str赋值”---------”

判断文件的类型,给str[0]赋值对应的字母

判断用户的权限，给str[1]~[3]赋值

判断组的权限，给str[4]~[6]赋值

判断其他用户的权限，给str[7]~[9]赋值

输出str[10]的内容

输出文件的各种属性

文件个数加一

结束

Output_parameter（）:

开始

文件个数加一

从路径中解析出文件名

Lstat解析链接文件

否

是

flag_parameter==PARAMETER_N

调用Output（）

Name[0]==’.’

是是

否

否

flag_parameter==PARAMETER_A

调用Output（）

是

否

flag_parameter==PARAMETER_L

调用Output_file_attribute（）

Name[0]==’.’

是是

否

否

flag_parameter==PARAMETER_A_L

调用Output_file_attribute（）

是

否

结束

Output（）:

开始

本行剩余长度<文件名长度

否

是

换行，给剩余长度赋最大值

打印文件名

文件个数加一

结束

3.运行结果

4.模块使用的主要函数、数据类型和宏

（1）主要函数说明

1）函数一Output_file_attribute

原型:

Output_file_attribute（structstatbuf,char*name）

功能：

根据文件名输出文件的各种属性

参数：

buf,name

返回值：

void

2）函数二Output

原型:

Output（char*name）

功能：

将文件名分栏排序

参数：

name

返回值：

void

3）函数三Output_parameter

原型:

Output_parameter（intflag,char*pathname）

功能：

根据命令行参数和完整路径名按要求显示目标文件

参数：

flag,pathname

返回值：

void

4）函数四Output_dir

原型:

Output_dir（intflag_parameter,char*path）

功能：

根据命令行参数和目录路径名将目录下的文件按要求显示出来

参数：

flag_parameter,path

返回值：

void

（2）数据类型

1）数据类型1

名称：

num

类型：

int

含义：

保存命令参数行-的个数

2）数据类型2

名称：

path[PATH_MAX+1]

类型：

char

含义：

保存文件路径名

3）数据类型3

名称：

parameter[20]

类型：

char

含义：

保存命令行参数

4）数据类型4

名称：

flag_parameter

类型：

int

含义：

记录命令行参数的种类

5）数据类型5

名称：

buf

类型：

structstat

含义：

保存文件信息

（3）宏1

名称：

#definePARAMETER_N0

含义：

命令行无参数

宏2

名称：

#definePARAMETER_A1

含义：

命令行参数只有-a

宏3

名称：

#definePARAMETER_L2

含义：

命令行参数只有-l

宏4

名称：

#definePARAMETER_A_L3

含义：

命令行参数有-a和-l

宏5

名称：

#defineMAXROWLEN80

含义：

一行显示的最多字符数，用于分栏排序

6.2模块二read

1.功能

打开文件，修改文件权限后读取文件内容

2.算法/流程图

算法：

定义一个空指针buf用来存放动态申请内存空间的地址，定义一个整型变量file用来存放文件描述符；用open（）函数已只读的方式打开指定的文件，返回的文件描述符赋给file；若文件打开成功，就休眠20秒，在这20秒期间，通过chmod命令改变文件的读写权限；然后根据file的值来读取文件中的字符，存放在buf，再输出buf，若读取失败就退出。

流程图：

开始

定义buf,file变量

buf=malloc（30）;

file=open（"read.txt",O_RDONLY）;

file==-1

是

否

休眠20s，chmod修改文件权限

（read（file,buf,30））==-1

是

否

输出buf的内容

结束

3.运行结果

4.模块使用的主要函数、数据类型和宏

（1）主要函数说明

1）函数一main

原型:

voidmain（）

功能：

打开文件

参数：

无

返回值：

无

（2）数据类型

1）数据类型1

名称：

buf

类型：

void*

含义：

定义一个空指针，用来指向动态申请的内存地址

2）数据类型2

名称：

file

类型：

int

含义：

用来存放打开文件的文件描述符

（3）宏：

无

6.3模块三super_block

1.功能

通过加载内核的方式，打印出超级块super_blocks数据结构中文件系统所在的主设备号和次设备号以及文件系统名

2.算法/流程图

开始

加载模块

加锁

遍历系统中的超级块

打印文件设备号

打印文件系统名

打印索引结点号

索引结点计数

卸载模块

结束

3.运行结果

4.模块使用的主要函数、数据类型和宏

（1）主要函数说明

1）函数一

原型:

staticint__initmy_init（void）

功能：

模块加载

参数：

无

返回值：

int

2）函数二

原型：

staticvoid__exitmy_exit（void）

功能：

模块卸载

参数：

void

返回值：

void

（2）数据类型

1）数据类型1

名称：

sb

类型：

structsuper_block*

含义：

定义一个超级块

2）数据类型2

名称：

pos

类型：

structlist_head*

含义：

定义一个链表

3）数据类型3

名称：

linode

类型：

structlist_head*

含义：

定义一个链表

4）数据类型4

名称：

pinode

类型：

structinode*

含义：

定义一个索引结点

5）数据类型5

名称：

count

类型：

int

含义：

存储总数

（3）宏一

名称：

#defineSUPER_BLOCKS_ADDRESS0xc1778bc0

含义：

超级块的变量地址

宏二

名称：

#defineSB_LOCK_ADDRESS0xc1932aa0

含义:

sb_lock超级块对应的自旋锁

6.4模块四path

1.功能

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。

2.算法/流程图

开始

加载模块

调用open（）

卸载模块

结束

开始

open（）函数:

打开文件

是文件

否

调用file_put（）打印文件信息

是

调用dir（）打印目录信息

关闭文件

结束

3.运行结果

4.模块使用的主要函数、数据类型和宏

（1）主要函数说明

1）函数一

原型：

staticintfile_put（void）

功能：

打印文件信息

参数：

void

返回值：

int

2）函数二

原型：

staticintdir（void）

功能：

打印目录信息

参数：

void

返回值：

int

3）函数三

原型：

staticintopen（char*path）

功能：

打开文件

参数：

char*path

返回值：

int

4）函数四

原型：

staticintparam_init（void）

功能：

加载模块

参数：

void

返回值：

int

5）函数五

原型：

staticvoidparam_exit（void）

功能：

模块卸载

参数：

void

返回值：

void

（2）数据类型

1）数据类型1

名称：

file

类型：

structfile*

含义：

定义一个文件

2）数据类型2

名称：

inode

类型：

structinode*

含义：

定义一个索引结点

3）数据类型3

名称：

dent

类型：

structdentry*

含义：

4）数据类型4

名称：

path_file

类型：

staticchar*

含义：

定义一个字符串存放输入文件名

（3）宏:

无

7测试方法与测试结果

7.1测试方法

编号

输入用例

期望结果

1

./ls

按字典排序，输出当前目录下的所有文件名（不含隐藏文件）

2

./ls-lls.c

显示ls.c文件的详细信息

3

./ls-a../python

显示上级目录下python目录的所有文件名，含有隐藏文件。

4

./ls-l.

显示当前目录下的非隐藏文件详细信息按字典排序

5

./ls-al../shell

显示上层文件夹下所有文件文件的详细信息

6

./lsabc

显示ERROR：

当前文件夹下没有该文件

7.2测试结果

1../ls

2../ls–lls.c

3../ls–a../python

4../ls–l../pyhon

5../ls–al../shell

6../lsabc

8调试情况，设计技巧及体会

在设计过程中，在编写多个命令参数时遇到了困难，由于在程序整个过程中都需要根据命令参数打印记录文件，因此设定了一个数组用来存储命令行参数，考虑到全局参数不安全，因此选择使用函数的形参来传递。

，通过这次课程设计，不仅使我对ls命令有了更深一层的认识，还认识到了系统提供的命令实现的途径和方法。

之前总是使用系统命令，如今自己编程实现了一些命令，每次使用系统提供的命令和调用自己编写的命令感觉大不相同。

对同时对内核模块的编程也更加熟悉了。

在做设计时先要理清思路，设计好功能模块之间的关系，再一步一步编码实现。

9参考资料

[1]DANIELP.BOVET&MARCOCESATI.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.

[2]Documentation/x86/boot.txt

[4]RichardBlum.汇编语言程序设计[M].马朝晖译.北京：

机械工业出版社，2006.

[5]http:

//elinux.org/images/d/d2/Tools-and-technique-for-reducing-bootup-time.pdf

10源程序清单

Ls.c

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#definePARAMETER_N0//无参数

#definePARAMETER_A1//-a:

显示所有文件

#definePARAMETER_L2//-l:

一行显示一个文件的详细信息

#definePARAMETER_A_L3//-a-l或-la或-al显示所有文件的详细信息

#defineMAXROWLEN80//一行显示的最多字符数

intcnt=0;//显示文件的总个数

intleave_len=MAXROWLEN;//一行剩余长度，用于输出对齐

intmaxlen;//存放某目录下最长文件名的长度

voidOutput_file_attribute（structstatbuf,char*name）;//打印文件属性

voidOutput（char*name）;//只输出文件名，命令没有-l选项，文件名时要保持上下文对齐

voidOutput_parameter（intflag,char*pathname）;//根据命令行参数和文件路径名显示目标文件

voidOutput_dir（intflag_parameter,char*path）;//显示目录下的文件

intmain（intargc,char**argv）

{

inti,j,k,num;

charpath[PATH_MAX+1];//文件路径名

charparameter[20];//保存命令行参数-a-l

intflag_parameter=PARAMETER_N;//用来记录参数种类

structstatbuf;

j=0;

num=0;

for（i=1;i

{

if（argv[i][0]=='-'）

{

for（k=1;k

{

parameter[j]=argv[i][k];//获取-后面的参数保存到数组parameter中

j++;

}

num++;//保存"－"的个数

}

}

//记录参数，最后为选项数组的末尾元素赋‘\0’。

for（i=0;i

{

if（parameter[i]=='a'）

{

flag_