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编写who命令：文件操作，缓冲区与联机帮助
最近阅读UULP(Understanding Unix/Linux Programming),按照书中介绍对Unix/Linux系统编程进行学习梳理，总结如下。
1. who命令能做什么
who命令用于查看有谁在使用系统。
执行who命令。
who其输出格式如下:
ustc tty7 Sept 1 08:34 （xxx.yy.com用户登陆地址，有些版本没有）
john lft/0 Sept 1 08:34
其显示包含用户名，终端名，和登录时间。
2. who命令是如何工作的
想知道如何自己编写这样一个命令，首先当然是要了解who是如何工作的？最好的方法自然是先查看一下联机帮助（man）。
man who
查看输出结果，在描述部分有这样一句话:
If FILE is not specified, use /var/run/utmp. /var/log/wtmp as FILE is common.
所以who的实现，跟utmp/wtmp文件应该有很大的联系。
继续对utmp查看联机帮助。
man utmp果然在描述部分里有：
The utmp file allows one to discover information about who is currently using the system.
表明的确可以通过utmp查看谁在使用系统。
进一步查看其数据结构，发现与我们who命令需要相关的用户名，终端名，和登录时间。
char ut_user[UT_NAMESIZE]; /* Username */ char ut_line[UT_LINESIZE]; /* Device name of tty - "/dev/" */ char ut_host[UT_HOSTSIZE]; /* Hostname for remote login, or kernel version for run-level struct { int32_t tv_sec; /* Seconds */ int32_t tv_usec; /* Microseconds */ } ut_tv; /* Time entry was made */
他们都在struct utmp中。
3. 编写自己的who命令
3.1 who1.c
有了第二部分的了解之后，编写自己的who命令看起来就有眉目了，我们只需要利用unix文件操作，读取utmp文件中的相应项，并以固定格式输出在屏幕即可。
基础的文件操作函数接口复习一下：
#include <fcntl.h>int open( char *filename, int access, int permission );int read( int handle, void *buffer, int nbyte );int write( int handle, void *buffer, int nbyte );int close( int handle );
所以对相关项以固定格式输出，利用#SHOWHOST控制是否显示第四项（用户登录地址），得到第一个版本的who命令.
who1.c
代码：
1 #include<stdio.h> 2 #include<utmp.h> 3 #include<fcntl.h> 4 #include<unistd.h> 5 #include<stdlib.h> 6 #define SHOWHOST 7 8 void show_info(struct utmp* utbufp) { 9 printf("%8.8s", utbufp -> ut_user);10 printf(" ");11 printf("%8.8s", utbufp -> ut_line);12 printf(" ");13 printf("%d", utbufp -> ut_tv.tv_sec);14 printf(" ");15 #ifdef SHOWHOST16 printf("%s", utbufp -> ut_host);17 #endif18 printf("\n");19 }20 21 int main() {22 struct utmp current_record;23 int utmpfd;24 int reclen = sizeof(current_record);25 if ((utmpfd = open(UTMP_FILE,O_RDONLY)) == -1) {26 perror(UTMP_FILE);27 exit(1);28 }29 while (read(utmpfd,¤t_record,reclen) == reclen) {30 show_info(¤t_record);31 }32 close(utmpfd);33 return 0;34 }
查看一下输出：
reboot ~ 1472787188 4.4.0-34-generic
runlevel ~ 1472787197 4.4.0-34-generic
LOGIN tty1 1472787200
ustc tty7 1472787242 :0
对比系统who命令输出，多了一些项，而且时间显示好像也不是可读的时间，所以需要进一步修改。
3.2 who2.c
who1.c的输出中包含了所有终端的信息，甚至是尚未使用的，同时还有LOGIN这样的控制台信息（不是真正的用户）。
所以考虑如何去掉他们，继续查看utmp的联机帮助，在关于ut_type中有这样的定义。
#define EMPTY 0 /* Record does not contain valid info (formerly known as UT_UNKNOWN on Linux) */#define RUN_LVL 1 /* Change in system run-level (see init(8)) */#define BOOT_TIME 2 /* Time of system boot (in ut_tv) */#define NEW_TIME 3 /* Time after system clock change (in ut_tv) */#define OLD_TIME 4 /* Time before system clock change (in ut_tv) */#define INIT_PROCESS 5 /* Process spawned by init(8) */#define LOGIN_PROCESS 6 /* Session leader process for user login */#define USER_PROCESS 7 /* Normal process */
可以看出，ut_type的值为7时，表明其是一个user_process，所以加一句判断，即可消除其他行。
代码：
if (utbufp -> ut_type != USER_PROCESS) { return;}
再看时间显示问题，unix有库函数ctime可以将time_t类型转换为人常用的时间形式。
查看ctime的man文档，学习其使用方式：
char *ctime(const time_t *timep);
发现给定一个time_t类型（long int），即可转换为一个可读字符串，还是很简单的。
注： 如果不知道ctime，也可以通过
man time | grep transform之类的命令，查找内容中带有转换字样的与时间相关的命令，在显示结果中找到可能有用的，再细看其man文档，发现ctime。
这样，把上述两部分总结起来，就可以得到第二个版本的who。
who2.c
1 #include<stdio.h> 2 #include<utmp.h> 3 #include<fcntl.h> 4 #include<unistd.h> 5 #include<stdlib.h> 6 #include<time.h> 7 #define SHOWHOST 8 void show_time(long timeval) { 9 char* cp;10 cp = ctime(&timeval);11 printf("%12.12s",cp + 4);12 }13 14 void show_info(struct utmp* utbufp) {15 if (utbufp -> ut_type != USER_PROCESS) {16 return;17 }18 printf("%-8.8s", utbufp -> ut_user);19 printf(" ");20 printf("%-8.8s", utbufp -> ut_line);21 printf(" ");22 show_time(utbufp -> ut_tv.tv_sec);23 printf(" ");24 #ifdef SHOWHOST25 printf("%s", utbufp -> ut_host);26 #endif27 printf("\n");28 }29 30 int main() {31 struct utmp current_record;32 int utmpfd;33 int reclen = sizeof(current_record);34 if ((utmpfd = open(UTMP_FILE,O_RDONLY)) == -1) {35 perror(UTMP_FILE);36 exit(1);37 }38 while (read(utmpfd,¤t_record,reclen) == reclen) {39 show_info(¤t_record);40 }41 close(utmpfd);42 return 0;43 }
查看其输出结果：
ustc tty7 Sep 1 20:34 :0
与系统自带的who没什么区别了。至此，一个能用的who命令应该是完成了。
3.3. 继续优化，who3.c
一个能用的who命令是编写好了，但是其有没有不足之处呢？显然是有的，一个最大的问题，就是文件的I/O效率太低了。
因为每次读写操作的系统调用都要完成用户态与内核态之间的切换，假设结果中有大量用户信息要去读，则大量的资源消耗在了这里，所以这是优化的重点。
而优化的思路也很简单，就是使用缓冲区。每次从内核多读一些进来进缓冲区，然后从缓冲区读取utmp数据进行显示。
把缓冲区大小设置为16，开闭读取文件都用写好的接口从缓冲区读取和写入数据，有如下代码：
1 //utmplib.h 2 #ifndef UTMPLIB_H 3 #define UTMPLIB_H 4 5 #define NRECS 16 6 #define NULLUT (struct utmp *)NULL 7 #define UTSIZE (sizeof (struct utmp)) 8 9 static char utmpbuf[NRECS * UTSIZE]; //storage10 static int num_recs; //nums of stored utmp data11 static int cur_rec; //next pos to go12 static int fd_utmp = -1; //read from13 14 int utmp_open(char* filename);15 16 struct utmp* utmp_next();17 18 int utmp_reload();19 20 void utmp_close();21 22 #endif
1 //utmplib.c 2 #include<stdio.h> 3 #include<fcntl.h> 4 #include<sys/types.h> 5 #include<unistd.h> 6 #include<utmp.h> 7 #include"utmplib.h" 8 9 int utmp_open(char* filename) {10 fd_utmp = open(filename, O_RDONLY);11 cur_rec = num_recs = 0;12 return fd_utmp;13 }14 15 struct utmp* utmp_next() {16 struct utmp* recp;17 if (fd_utmp == -1) {18 return NULLUT;19 }20 if (cur_rec == num_recs && utmp_reload() == 0) {21 return NULLUT;22 }23 recp = (struct utmp*) &utmpbuf[cur_rec * UTSIZE];24 cur_rec ++;25 return recp;26 }27 28 int utmp_reload() {29 int aimt_read;30 aimt_read = read(fd_utmp, utmpbuf, NRECS * UTSIZE);31 num_recs = aimt_read / UTSIZE;32 cur_rec = 0;33 return num_recs;34 }35 36 void utmp_close() {37 if (fd_utmp != -1) {38 close(fd_utmp);39 }40 return;41 }
1 //who3.c 2 #include<stdio.h> 3 #include<utmp.h> 4 #include<fcntl.h> 5 #include<unistd.h> 6 #include<stdlib.h> 7 #include<time.h> 8 #include"utmplib.h" 9 #define SHOWHOST10 void show_time(long timeval) {11 char* cp;12 cp = ctime(&timeval);13 printf("%12.12s",cp + 4);14 }15 16 void show_info(struct utmp* utbufp) {17 if (utbufp -> ut_type != USER_PROCESS) {18 return;19 }20 printf("%-8.8s", utbufp -> ut_user);21 printf(" ");22 printf("%-8.8s", utbufp -> ut_line);23 printf(" ");24 show_time(utbufp -> ut_tv.tv_sec);25 printf(" ");26 #ifdef SHOWHOST27 printf("%s", utbufp -> ut_host);28 #endif29 printf("\n");30 }31 32 int main() {33 struct utmp* utbufp;34 if (utmp_open(UTMP_FILE) == -1) {35 perror(UTMP_FILE);36 exit(1);37 }38 while ((utbufp = utmp_next()) != (struct utmp*)NULL) {39 show_info(utbufp);40 }41 utmp_close();42 return 0;43 }
至此一个who命令基本编写完毕。
我们在这个过程中大量使用了man文档学习和辅助编写，复习了基本的文件操作函数，学习了使用缓冲技术提高I/O效率。
参考文献：
Bruce Molay， Understanding Unix/Linux programming - A Guide to Theory and Practice.
代码也可以通过https://github.com/wangxiaobao1114/Unix-Linux_Programming查看。
编写who命令：文件操作，缓冲区与联机帮助