For Understanding Unix/Linux Programming
cp : 实现bash中的cp(copy)命令
命令用法：$cp srcfile targetfile
如果targetfile所指定的文件不存在，cp就创建这个文件；如果文件已经存在则覆盖，targetfile的内容与srcfile相同。
1. 程序流程：
open sourcefile for reading
open copyfile for writing
+->read from source to buffer -- eof?---+
| |
-- write from buffer to copyfile |
|
close sourcefile <---------------+
close copyfile
用户态的进程是不能访问内核空间的，否则就会出现segmentfault，因为没有访问权限，所以处于内核态的用户进程需要将数据拷贝到用户空间，这是系统调用开销大原因之一。
扯一句，在网络编程模型中，为什么epoll比select/poll效率高，其中一个原因就是epoll减少了fd集合的拷贝。(* 先挖两个坑，syscall和epoll相关知识将将用两篇博文来整理一下*)
另一个导致syscall开销大的的原因是：运行环境的切换。用户进程(cp)位于用户空间，内核位于系统空间，cp所要操作的文件是位于磁盘中的，而磁盘等设备只能被处于特权级(ring 0)的进程直接访问，即处于内核态的进程才可以访问。用户进程要想获得特权级，需要陷入内核态，可以通过系统调用来实现。具体到cp命令就通过调用read和write等syscall使得执行权从用户代码转换到内核代码，这种切换是需要时间的。
当运行内核代码时，cpu工作在特权级(ring 0)，此时，内核代码使用内核空间中的堆栈和内存环境(内核空间)，这些需要在内核代码执行前准备好，系统调用结束后(read返回时)，cpu又需要切换到用户模式。
有一个形象的例子来说明这种切换的开销：超人-普通人之间切换：换衣服开销
2. 利用缓存提升程序效率
a. 应用缓冲技术
先看这样一个生活场景：我们需要煎3个荷包蛋，每次取超市买一个鸡蛋，回家煎好后再去超市买一个。显然，这是很低效的做法，完全可以一次性买3个鸡蛋再煎荷包蛋。
cp命令也是做类似的事情：超市里的购物车对应于缓存，鸡蛋对应于源文件内容，荷包蛋对应于目标文件。cp要做的就是一次性尽可能多的将源文件中的内容拷贝到缓存文件中，再将缓存中文件拷贝到目标文件中，从而减少read和write调用的次数。
综上，应用缓存的主要思想是一次读入大量的数据放入缓冲区中，需要的时候从缓冲区中取得数据。
b. 内核缓冲技术
上述的应用缓冲技术是为了减少系统调用的次数，从而提高程序的效率。I/O调用比系统调用还要慢，能直接操作外设的只有内核态程序，所以可以利用内核缓冲技术来较少I/O调用的次数。
具体到cp程序：内核将磁盘上的数据块复制到内核缓冲区，当一个用户空间的进程需要从磁盘上读取数据时，是将内核缓冲区中的数据块复制到进程的缓冲区中的。
当进程所需的数据块不在内核缓冲区时，该数据块加入请求数据列表中，并挂起进程。一段时间后，内核把相应数据块从磁盘读到内核缓冲区，然后再把数据复制到进程缓冲区中，最后唤醒被挂起的进程。
所以，read是把数据从内核缓冲区复制到进程缓冲区，write把数据从进程过程区写到内核缓冲区而并非直接写入到磁盘中，这么做的目的是减少I/O提高效率，但也会带来弊端，如,断电导致数据丢失。
在Linux系统中，为了加快数据的读取速度，默认的情况下，某些已经加载内存中的数据将不会直接被写回硬盘，而是先缓存在内存当中，如果一个数据被你重复的改写，那么由于他尚未被写入硬盘中，因此可以直接由内存当中读取出来，在速度上一定是快上相当多的！不过，如此一来也造成些许的困扰，那就是万一你的系统因为某些特殊情况造成不正常关机，由于数据尚未被写入硬盘当中，这个时候就需要sync这个命令来进行数据的写入动作,shutdown/reboot/halt等命令均已经在关机前自动执行了sync命令。
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define BUFFERSIZE 4096
#define COPYMODE 0644
void oops(char*,char*);
int main(int argc, char* argv[]){
int in_fd;
int out_fd;
int n_chars;
char buf[BUFFERSIZE];
if(argc != 3){
fprintf(stderr,"useage:%s source destination\n",*argv);
exit(1);
}
if( (in_fd = open(argv[1],O_RDONLY)) == -1){
fprintf(stderr,"Error: connot open %s",argv[1]);
exit(1);
}
if( (out_fd = creat(argv[2],COPYMODE)) == -1){
fprintf(stderr,"Error: connot creat %s",argv[2]);
exit(1);
}
while((n_chars = read(in_fd,buf,BUFFERSIZE)) > 0){
//fprintf(stdout,"%s",buf);
if( write(out_fd,buf,n_chars) != n_chars){
fprintf(stderr,"Write error %s",argv[2]);
exit(1);
}
}
if( n_chars == -1){
fprintf(stderr,"Read error from %s",argv[2]);
exit(1);
}
if( close(in_fd) == -1 || close(out_fd) == -1){
fprintf(stderr,"close error %s");
exit(1);
}
}
ls : 实现bash中的ls(list files)命令
ls1.c
主要步骤:
DIR dir = opendir(const char *)
readdir(dir)
printf(dirent->d_name)
closedir(dir)
程序运行结果：
.
..
a.out
fileinfo.c
ls1.c
ls2.c
README.md
ls2.c
增加显示文件的属性，属性信息可以通过stat函数获得。
drwxr-xr-x 7 cy staff 238Jan 18 15:54.
drwxr-xr-x 9 cy staff 306Jan 18 15:48..
-rwxr-xr-x 1 cy staff 9640Jan 18 15:54a.out
-rw-r--r-- 1 cy staff 3010Aug 30 00:34fileinfo.c
-rw-r--r-- 1 cy staff 1735Aug 30 10:08ls1.c
-rw-r--r-- 1 cy staff 3853Aug 30 10:45ls2.c
-rw-r--r-- 1 cy staff 313Jan 17 14:40README.md
#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<dirent.h>//directory entry
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
void do_ls(char[]);
void do_stat(char*);
void show_file_info(char*,struct stat*);
void mode_to_letters(int,char*);
char *uid_to_name(uid_t);
char *gid_to_name(gid_t);
int main(int argc, char* argv[]){
if(argc == 1){
do_ls(".");
}
else{
while(--argc){
/* '*' and '++'优先级相同，由于右结合,
故*++argv = *(++argv)*/
printf("%s:\n",*++argv);
do_ls(*argv);
}
}
}
/*DIR dirent struct defined*/
#if 0
/* structure describing an open directory. */
typedef struct {
int __dd_fd; /* file descriptor associated with directory */
long __dd_loc; /* offset in current buffer */
long __dd_size; /* amount of data returned */
char *__dd_buf; /* data buffer */
int __dd_len; /* size of data buffer */
long __dd_seek; /* magic cookie returned */
long __dd_rewind; /* magic cookie for rewinding */
int __dd_flags; /* flags for readdir */
__darwin_pthread_mutex_t __dd_lock; /* for thread locking */
struct _telldir *__dd_td; /* telldir position recording */
} DIR;
struct dirent __DARWIN_STRUCT_DIRENTRY;
#define __DARWIN_STRUCT_DIRENTRY { \
__uint64_t d_ino; /* file number of entry */ \
__uint64_t d_seekoff; /* seek offset (optional, used by servers) */ \
__uint16_t d_reclen; /* length of this record */ \
__uint16_t d_namlen; /* length of string in d_name */ \
__uint8_t d_type; /* file type, see below */ \
char d_name[__DARWIN_MAXPATHLEN]; /* entry name (up to MAXPATHLEN bytes) */ \
}
#endif
/*
* list files in directory called dirname
*/
void do_ls(char dirname[]){
DIR *dir_ptr; /*dir file*/
struct dirent *direntp;/*each entry*/
if((dir_ptr = opendir(dirname)) == NULL)
fprintf(stderr,"cannot open %s\n",dirname);
else{
while((direntp = readdir(dir_ptr)) != NULL){
do_stat(direntp->d_name);
}
closedir(dir_ptr);
}
}
void do_stat(char *filename){
//printf("do_stat hhhhhhhhh\n");
struct stat info;
if(stat(filename,&info) == -1)
perror(filename);
else
show_file_info(filename,&info);
}
void show_file_info(char *filename,struct stat *info_p){
char *uid_to_name(),*ctime(),*gid_to_name(),*filemode();
void mode_to_letters();
char modestr[11];
mode_to_letters(info_p->st_mode,modestr);
printf("%s",modestr);
printf("%4d",(int)info_p->st_nlink);
printf("%8s",uid_to_name(info_p->st_uid));/*左对齐右补空格*/
printf("%8s",gid_to_name(info_p->st_gid));
printf("%8ld",(long)info_p->st_size);
printf("%.12s",4+ctime(&info_p->st_mtime));
printf("%s\n",filename);
}
void mode_to_letters(int mode,char str[]){
strcpy(str,"----------")/*10 * '-'*/;
if(S_ISDIR(mode)) str[0] = 'd'; /*directory*/
if(S_ISCHR(mode)) str[0] = 'c'; /*char dev*/
if(S_ISBLK(mode)) str[0] = 'b'; /*block dev:disk dev*/
if(mode & S_IRUSR) str[1] = 'r'; /*3 bits for user*/
if(mode & S_IWUSR) str[2] = 'w';
if(mode & S_IXUSR) str[3] = 'x';
if(mode & S_IRGRP) str[4] = 'r'; /*3 bits for group*/
if(mode & S_IWGRP) str[5] = 'w';
if(mode & S_IXGRP) str[6] = 'x';
if(mode & S_IROTH) str[7] = 'r'; /*3 bits for other*/
if(mode & S_IWOTH) str[8] = 'w';
if(mode & S_IXOTH) str[9] = 'x';
}
#include<pwd.h>
/*get info from /etc/passwd*/
char *uid_to_name(uid_t uid){/*uid_t:unsigned int*/
//hhhhhhhh
//struct passwd *getpwuid();
struct passwd *getpwuid(), *pw_ptr;
static char numstr[10];
if( (pw_ptr = getpwuid(uid) ) == NULL){
sprintf(numstr,"%d",uid);
return numstr;
}
else
return pw_ptr->pw_name;
}
#include<grp.h>
/*get info from /etc/group*/
char *gid_to_name(gid_t gid){
struct group *grp_ptr,*getgrgid();
static char numstr[10];
if( (grp_ptr = getgrgid(gid) ) == NULL ){
sprintf(numstr,"%d",gid);
return numstr;
}
else
return grp_ptr->gr_name;
}
more : 实现bash中的more命令
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+----> show 24 lines form inputs
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+----- if SPACE
if q --> exit
