背景介紹
筆者知識背景
筆者接觸Linux快一年了，理論知識方面：學習了作業系統基礎知識，了解行程調度、記憶體分配、檔案管理、磁盤I/O這些基本的概念，
實操方面：會使用Linux簡單命令，在嵌入式系統設計課程實驗中完成Linux內核編譯和燒寫、在資訊安全實踐課程實驗上基于Linux作業系統完成HTTPS原理實操、CSRF、XSS、點擊劫持的攻防，以及在Linux作業系統的云服務器上部署自己的博客，
如果僅僅是將Linux作業系統作為工具，使用它提供的功能，掌握簡單的命令和上網搜索這一技能就基本能滿足需要了，但是筆者更想了解其背后的機理，也想將之前所學的理論知識落實到具體實作上，于是便有了這一系列博客，
什么是系統編程
通俗的講就是“寫作業系統”，
它與“普通編程”的不同之處在于，“普通程式”通過呼叫系統提供的功能，來實作用戶需求的功能，對于系統提供的功能，只管使用就是，無需關注實作，在用戶看來，就像是“普通程式”直接在操作各種硬體資源，
而“系統編程”則需要實作那些系統呼叫，對下層的硬體資源進行管理，所以在進行系統編程時，必須對系統的結構和作業方式有更深入的了解，管理下層各種硬體資源，將硬體資源抽象為介面，提供系統呼叫供上層的“普通程式”使用，所以作業系統是那個在背后默默付出的人，把下面的“臟活累活”都處理好，為上層提供穩定的服務（淚目），
more命令
more命令的作用
在linux控制臺中輸入man more，可以看到more的使用說明，"man"是"manuals"的縮寫，即“使用手冊”的意思，
more的語法形式是：more [options] file...
options是可選的引數，現在忽略這個引數，之后只考慮最簡單的more file...如何實作，more后面可以跟多個檔案名，用空格分隔，
more的作用就是顯示指定的檔案的內容，一次顯示一螢屏，然后在底部提示用戶按鍵，用戶按"q"就直接退出，按空格就顯示下一螢屏的內容，按"Enter"則顯示下一行的內容，
如何實作more命令
確定引數的傳遞
Linux主要是用C語言撰寫的，那就用C語言來實作more命令，
其輸入形式是more filename1 filename2 ... ，然后按回車運行more命令，筆者發現其與普通的C語言程式運行方式不同，普通的C語言程式，比如"hello.c"編譯之后生成的可執行檔案假設為"hello"，那么用"./hello"命令就可以執行程式，后面沒有跟上任何引數，
這里就需要了解main函式的引數了，
#include<stdio.h>
int main(int argc,char* argv[]){
return 0;
}
一般main函式引數為空，實際上里面可以含有兩個引數，argc表示傳遞的引數個數，char* argv[]表示傳入的是指向字串的指標，argv[0]指向自身運行目錄路徑和程式名，如more程式放在/home/lularible/more路徑下，那么argv[0]就指向"/home/lularible/more"這個字串，argv[1]指向第一個引數，依次類推，
所以我們就可以直接拿到argv中的指向檔案名指標，以便后續進行檔案讀取操作，
輔助函式的設計
現在已經獲得了指向檔案名的字串指標，那么就可以拿著這個指標打開目標檔案，然后進行讀取顯示，接著等待用戶操作，直到檔案顯示完畢或者用戶主動退出，
通過以上分析，我們需要：
- 1.打開目標檔案函式
- 2.讀取顯示檔案內容函式
- 3.處理用戶輸入函式
其中，打開目標函式檔案函式在目前看來是難點，所幸的是系統為我們提供了這個函式"fopen"，筆者猜測該函式是通過DFS或者BFS來遍歷目錄樹，從而查找目標檔案的，待后續驗證，
假設通過打開目標檔案函式已經獲得了目標檔案指標，那么讀取顯示檔案函式就通過這個指標將一段檔案內容暫存起來并顯示，等用戶輸入空格或回車后繼續搬運后面的檔案內容，
處理用戶輸入函式最簡單，通過判斷輸入的是什么，回傳不同的值，
初級版本的"more"代碼實作
//more01.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define PAGELEN 24 //每一頁顯示24行
#define LINELEN 512 //每一行長度為512個字符
//讀取檔案并顯示的函式宣告
void do_more(FILE*);
//處理用戶的下一步輸入的函式宣告
int see_more();
int main(int ac,char* av[]) //ac表示引數個數，av存盤指向引數字串的指標，av[0]指向more這個程式名，av[1]指向第一個引數
{
FILE* fp;
//如果只輸入一個more命令,就從標準輸入中讀取內容來顯示
if(ac == 1)
do_more(stdin);
else{
//依次顯示每個檔案的內容
while(--ac){
//以只讀的方式打開檔案
if((fp = fopen(*++av,"r"))!=NULL){
do_more(fp);
fclose(fp);
}
else{
exit(1);
}
}
}
}
void do_more(FILE* fp)
{
//首次讀取并顯示PAGELEN行，然后等待用戶輸入
char line[LINELEN];
int num_of_lines = 0;
int reply;
//不斷讀取檔案內容
while(fgets(line,LINELEN,fp)){
//當顯示行數到達最大值，暫停讀取，等待用戶輸入
if(num_of_lines == PAGELEN){
reply = see_more();
//用戶輸入'q',直接退出
if(reply == 0)
break;
//用戶輸入空格，將行計數清0，輸入回車，將行計數減1
num_of_lines -= reply;
}
//顯示一行內容
if(fputs(line,stdout) == EOF)
exit(1);
num_of_lines++;
}
}
int see_more()
{
int c;
//反顯輸出more提示
printf("\033[7m more? \033[m");
while((c = getchar())!= EOF){
if(c == 'q')
return 0;
if(c == ' ')
return PAGELEN;
if(c == '\n')
return 1;
}
return 0;
}
初級版本缺陷
初級版本的"more"程式，實作了讀取指定檔案內容，但是與真正的"more"命令有一些主要差距，
- 差距1：沒有顯示出已顯示內容占總內容的百分比
- 差距2：在"more？"提示下，用戶輸入指令后還需按回車才繼續運行，而不是按下指令直接運行
- 差距3：每一次的"more?"提示都會顯示在螢屏上，并隨著文本內容上移，應當在用戶輸入指令后將提示內容去掉，以免影響閱讀原檔案
- 差距4：當使用|進行輸出重定向時，直接就讀取檔案內容作為用戶輸入了，而不是從鍵盤讀取用戶輸入
改進版的"more"代碼實作
- 對于差距1，只需要獲取到當前讀取的檔案的大小和已經顯示的內容大小，問題就解決了，定義getFileSize函式，傳入一個引數FILE*，回傳檔案大小，另外每讀取一行，就將已顯示的內容大小那個變數增加strlen(line)，
long getFileSize(FILE* fp){
long size;
fseek(fp, 0L, SEEK_END); //將讀寫指標指向檔案尾
size = ftell(fp); //獲得讀寫指標之前的長度
rewind(fp); //重置讀寫指標指向檔案頭
return size;
}
-
對于差距2，筆者網上搜索類似功能后找到了一個可靠的辦法，即改變終端的設定，之后在代碼中體現
-
對于差距3，目前還沒有找到滿意的能去除已顯示的內容的功能，但可以通過控制游標的位置以及利用空格覆寫的方法，可以做到同等效果，
-
對于差距4，可以從/dev/tty這個檔案中讀取鍵盤輸入
源代碼如下：
//more02.c
#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<termios.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#define PAGELEN 24 //每一頁顯示24行
#define LINELEN 512 //每一行長度為512個字符
//讀取檔案并顯示的函式宣告
void do_more(FILE*);
//處理用戶的下一步輸入的函式宣告
int see_more(FILE* cmd,long fileSize,long curSize);
//改變終端設定，使用戶輸入不顯示，且無需按回車就可以執行
void changeMode(int mode);
//獲取目標檔案的大小
long getFileSize(FILE*);
int main(int ac,char* av[]) //ac表示引數個數，av存盤指向引數字串的指標， //av[0]指向more這個程式名，av[1]指向第一個引數
{
FILE* fp;
//如果只輸入一個more命令,就從標準輸入中讀取檔案來顯示
if(ac == 1)
do_more(stdin);
else{
//依次顯示每個檔案的內容
while(--ac){
//以只讀的方式打開檔案
if((fp = fopen(*++av,"r"))!=NULL){
do_more(fp);
fclose(fp);
}
else{
exit(1);
}
}
}
return 0;
}
void do_more(FILE* fp)
{
//read PAGELEN lines,then call see_more() for further instructions
char line[LINELEN];
int num_of_lines = 0;
int reply;
long fileSize = getFileSize(fp); //獲取檔案總大小
long curSize = 0; //當前已顯示的內容大小
FILE* fp_tty;
fp_tty = fopen("/dev/tty","r");
if(fp_tty == NULL){
exit(1);
}
while(fgets(line,LINELEN,fp)){
curSize += strlen(line);
if(num_of_lines == PAGELEN){
changeMode(0);
reply = see_more(fp_tty,fileSize,curSize);
changeMode(1);
if(reply == 0){
putchar('\n');
break;
}
putchar('\r'); //將游標移到該行最左邊
printf(" "); //輸出一連串空格覆寫提示句
putchar('\r'); //再次移動游標到該行最左邊
num_of_lines -= reply;
}
if(fputs(line,stdout) == EOF)
exit(1);
num_of_lines++;
}
}
int see_more(FILE* cmd,long fileSize,long curSize)
{
int c;
double percent = (double)curSize / (double)fileSize;
percent *= 100;
printf("\033[7m --more?--(%d\%) \033[m", (int)percent);
while((c = getc(cmd))!= EOF){
if(c == 'q')
return 0;
if(c == ' ')
return PAGELEN;
if(c == '\n')
return 1;
}
return 0;
}
void changeMode(int mode)
{
struct termios new;
struct termios old;
tcgetattr(0,&old);
new = old;
new.c_lflag &= ~(ICANON | ISIG);
new.c_cc[VTIME] = 0;
new.c_cc[VMIN] = 1;
if(mode == 0) new.c_lflag &= ~ECHO; //不顯示輸入的值
if(mode == 1) new.c_lflag |= ECHO;
tcsetattr(0, TCSANOW, &new); //輸入之后立即執行，不需要按回車鍵
}
long getFileSize(FILE* fp){
long size;
fseek(fp, 0L, SEEK_END); //將讀寫指標指向檔案尾
size = ftell(fp); //獲得讀寫指標之前的內容大小
rewind(fp); //重置讀寫指標指向檔案頭
return size;
}
總結
雖然改進版的"more"命令彌補了初版的"more"命令缺陷，但與真正的more命令還存在很大差距，比如對檔案進行型別和權限檢查，沒有實作附帶的可選引數等，
在實作"more"命令的代碼撰寫中，筆者發現還是需要呼叫一些已有的函式來輔助，比如fopen函式，而并非完全自己從零實作，跳出來看，more函式也可以被其他更高層次的函式所呼叫，所以在不同的層面上，所需考慮的問題也就不同，本文的重點還是在于通過實作"more"命令，來增加對linux的了解，
參考資料
《Understanding Unix/Linux Programming A Guide to Theory and Practice》
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標籤：Linux
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