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最近在學習Unix下系統編程，書看的還比較仔細，但是合上書后總是有種霧里看花朦朦朧朧的感覺。俗話說實踐出真知，學習編程怎么能不動手呢。既然是學習系統編程那就寫一些系統命令來鞏固知識，消除朦朧的感覺吧！選中PWD命令，有如下幾個原因：
          1、 可以加深對Linux文件系統組織結構的理解
          2、 可以加深對目錄結構的理解
          3、 可以加深對掛載點和鏈接的理解

注：關于LINUX文件系統的相關基礎知識，大家可以先看看《Linux文件系統詳解》：http://www.armjishu.com/bbs/viewtopic.php?id=1754 &flag=1578

         Unix下一切皆文件，也就是說掌握好了文件也就掌握了Unix的一切(菜鳥說法不必當真)。掌握了上述三個知識點也就算基本掌握了Unix文件系統的相關知識。有點遺憾的是文件狀態和權限相關知識在這個例子中沒有涉及。選好了命令下一步就是寫了，下面是我的寫作計劃：
1、 Unix的文件系統的內部結構，主要是超級塊、inode相關知識
2、 目錄結構，當然是目錄相關知識了
3、 編寫PWD命令
         PWD命令的作用就是顯示當前工作目錄的絕對路徑，就是從/開始到當前目錄。用法很簡單，沒有其他參數。在命令行敲入pwd：

pwd命令.jpg

1、Unix文件系統的內部結構
    文件系統可以用來存儲文件內容、文件屬性(所有者、日期等)和目錄，這些不同類型的數據是如何存儲在磁盤上的呢？Linux使用了一個簡單的辦法。如下圖所示它將磁盤分成了3部分：超級塊、inode表和數據區。

文件的內部結構

      超級塊，通常是文件系統的第一個塊，用來存放文件系統本身的信息。例如每個區域的大小、未被使用的磁盤塊的信息等；不同版本的Unix的超級塊的內容和結構稍有不同。
      inode表，每個文件都有一些屬性，如大小、文件所有者和最近修改時間等。這些屬性被記錄在inode表中，所有的inode都有相同的大小。文件系統中的每個文件都對應一個inode；
      數據區，文件內容的內容保存在這個區域。磁盤上所有塊的大小都是一樣的，如果文件包含了超過一個塊的內容，則文件內容會存放在多個磁盤塊中。
      當創建一個新文件時，內核將文件內容存放在數據區，文件屬性存放在inode中，文件名存放在目錄中。當對一個文件進行相關操作時，內核先在目錄中找到 文件名，然后根據目錄中inode獲得文件的屬性，最終找到文件的內容。從上述過程可以看出，目錄至少需要包含inode和文件名。

2、目錄結構
   用戶看到的文件系統是目錄和子目錄的集合，也就是目錄樹。每個目錄能夠包含文件和子目錄，每個子目錄有一個父目錄，這棵樹的結構常用線條連接的方框圖來 表示。在文件系統內部，目錄是一個包含文件名與inode節點對的列表的文件。從用戶角度看到的是一個文件名的列表，而從系統的角度看到的是一個被命名的 指針的列表。如下圖所示：

目錄樹的兩種不同視圖

      一般我們都說文件存放在某個目錄中，但是由上面的分析可知目錄中存放的只是文件在inode表的入口，而文件內容則存儲在數據區。'文件x在目錄a中 '，意味著在目錄a中有一個指向inode402的鏈接，這個鏈接所附加的文件名為x。簡短的說，目錄包含的是文件的引用，每個引用被稱為鏈接。
      鏈接有兩種，一種是硬鏈接，另一種是符號鏈接。這里需要注意的一點是Unix下文件沒有文件名，但是鏈接有名字，通常所說的文件名其實就是鏈接名。硬鏈 接就是把鏈接名和inode鏈接起來，也就是將文件名和文件本身鏈接起來。符號鏈接就是通過名字引用文件，而不是inode，也就是將名字和名字鏈接起 來。
      從圖1我們可以看到，在系統角度，每個目錄都有兩個鏈接：'.'和'..'。這兩個鏈接是干什么用的呢？內核在每個目錄都設置了一個指向目錄本身的inode，這個入口被稱為'.'。'..'，是指向父目錄inode的入口。

3、編寫PWD命令
3.1、PWD分析
      通過前面基礎知識的學習，我們知道了Unix文件系統是樹形結構，節點被稱為inode，指針的集合被稱為目錄，葉子節點被稱為鏈接。那么要想取得當前 工作目錄的絕對路徑只需追蹤鏈接，讀取目錄，一個目錄接著一個目錄沿著樹向上追蹤，每步查看'.'的inode，然后在父目錄中查找該inode的名字， 直到到達樹的根部。這就是PWD命令的工作原理，知道了原理那么就可以得出PWD的實現算法了：
           1、得到'.'的inode，稱其為n(使用stat)
           2、進入'..'(使用chdir)
           3、找到節點號為n的inode鏈接的名字(使用opendir、readdir、closedir)
           4、重復上述三個步驟，直到到達書的根部
        這里需要注意兩個問題，第一個問題就是如何知道已經到達樹的頂端。在Unix 文件系統的根目錄中，'.' 和 '..'指向同一個inode。因此當PWD命令重復循環直到一個目錄的'.' 和 '..'的inode相同時，就可以認為已經到達文件樹的根部了。第二個問題就是如何以正確的順序顯示目錄名字。學過算法的同學都知道，處理這種問題用遞歸再合適不過了。通過一個遞歸的程序逐步到達樹的頂端來一個接一個地顯示目錄名，從而避免了字符串的管理。

3.2、相關數據結構和系統調用
    在動手寫代碼之前需要了解一下兩個數據結構：DIR和struct dirent。DIR是一個不透明的結構，每個平臺都有自己的DIR實現，用戶不需要明白DIR的具體結構。也就是說，看到源碼中的DIR就只需要明白這是個目錄指針就可以了。struct dirent是一個目錄入口的結構，在Linux下定義如下：

struct dirent{ long d_ino; /* inode number 索引節點號 */ off_t d_off; /* offset to this dirent 在目錄文件中的偏移 */ unsigned short d_reclen; /* length of this d_name 文件名長 */ unsigned char d_type; /* the type of d_name 文件類型 */ char d_name [NAME_MAX+1]; /* file name文件名，最長255字符 */ }

與目錄操作有關的函數在dirent.h頭文件中聲明。它們以DIR結構為目錄操作的基礎，其使用方法與文件流(FILE *)類似。目錄數據項本身在struct dirent結構中返回。我們實現PWD命令需要用到的目錄操作有opendir、readdir和closedir，下面就介紹下這三個函數：

DIR *opendir(const char *name)
opendir函數用來打開一個目錄并創建一個目錄流，如果成功則返回一個指向DIR結構的指針，該指針用于讀取目錄數據項。

struct dirent *readdir(DIR *dirp)
readdir函數返回一個指針，指針指向的結構保存著目錄流dirp中下一個目錄項的相關資料。后續的readdir調用將返回后續的目錄項。

int closedir(DIR *dirp)
closedir函數用來關閉一個目錄流并釋放與之相關的資源，成功返回0，失敗返回-1。

3.3、編譯運行
     進入到存放spwd.c文件的目錄下，使用gcc編譯源文件，生成可執行文件(我這里命名為spwd)，然后把可執行文件拷貝到/bin/下就可以像使用pwd命令一樣使用自己寫的pwd命令了。

112.JPG

原文: http://blog.csdn.net/humchx/archive/2009/09/04/4517828.aspx