文件 / 用户 / 手册

一种认识 Linux 操作系统（服务）的方式

• 了解这些系统程序 / 指令（System Program）是如何使用的

• 学习系统调用（System Call）

• 编写自己的系统程序

文件 / File

在 Linux 操作系统里，“一切都是文件”。而文件的“打开”等状态，是用文件描述符表示的。

自驱式学习

Linux 提供了完善且清晰的用户手册（Manual），可以帮助我们自驱地学习如何使用该操作系统。我们可以使用指令在 Manual 中进行关键字搜索，以获取我们需要的指令及语法。

我们可以使用man <name> 查询某个指令 / API 的手册，同时可以使用man man获取 Linux Manual 更详细的用法。

注意：Server 版本的 Linux 发行版中，出于空间资源的考虑，系统默认删除了很多详尽的说明或者不常用的指令文档，所以请尽量使用 Desktop 版本进行 Linux 学习。

如何解决“如何打开文件”这个问题？

尝试使用 Linux Manual 进行搜索：man -k file | grep open | grep \(2\)。该指令的含义是：在 Manual 中搜索 "file" 关键词，并过滤保留包含 "open" 的条目，再次过滤保留包含 (2) 的条目（即 Manual 的第二章）

管道（Pipe）：|符号，又称管道操作符，它的功能是将它左边程序输出的内容输入到右边的程序中，即为左右两个程序建立一个“管道”，实现 I/O Redirection。

如果你的 man -k 不能正常工作，不要急，往下看。

在终端中浏览大量内容

在传统的 UNIX 操作系统环境中，由于缺少 GUI ，只能显示一个屏幕大小的文本内容。为了解决这个问题，Linux 提供了诸如 less，more等辅助显示大量文本的工具。通过与|配合可以很轻松地在屏幕范围内浏览大量文本。

less 和 more 都是用来浏览无法在一个屏幕显示完全的大文件的工具。more 是一个很古老的指令，顾名思义，他只能“more”，即只支持向下翻页。与 more 不同的是，less 不仅可以向下翻页，同时也可以向上翻页。不过，很多现代的 Linux 发行版在执行 more 指令的时候自动执行 less ，或是提供了一个更接近 less 的 more 以方便用户使用。

相关链接：https://unix.stackexchange.com/questions/81129/what-are-the-differences-between-most-more-and-less

编程：仿写 cat 指令

cat 指令是 Linux 中一个非常常用的指令，其接收若干个文件作为参数，功能是将这些文件的内容按顺序合并并打印。

语言提示：参数列表

相信很多学过 C 语言的同学，都见过如下代码：

int main ()

但实际上，main 函数的完整原型是这样的：

int main (int argc, char* argv[])

argc 是 arguments count 的缩写，表示该可执行程序收到的参数个数，argv 是 argument value 的缩写，是收到的参数构成的数组列表。

当你的程序需要接收用户传递的参数时，可以使用 argc 判断用户传递的参数个数是否正确，然后使用 argv 获取用户传入的参数。以 cp （复制）指令为例： cp -r ~/Desktop/test-folder ~/Documents/，那些用空格分隔开的就是程序的参数，也就是 argv。这个语句为 cp 传入了 -r，~/Desktop/test-folder 和 ~/Documents/ 三个参数。

需要注意的是，argc 的起始值是 1，即没有任何参数传入的时候 argc 的值为 1。因为程序本身会作为 argv[0] 被传入程序中。比如 cp 的 argv[0] 就是 "cp"。

代码实现

思路

思路很简单：获取参数列表 —> 打开文件（暂时不考虑异常情况）-> 逐个字符输出 -> 关闭文件 -> 打开下一个文件 ...

实现

cat.c

编程：仿写 cp 指令

语言提示：buffer

buffer（缓冲区）

buffer的大小会影响二进制流传递的效率。

语言提示：文件操作

文件操作及系统调用

文件操作

对于一个文件的操作，无外乎以下四种：打开、关闭、写入、读取。Linux Manual 给出了非常清晰的关于文件 open / close / write / read 操作的文档说明，不妨使用上边提到的man -k尝试搜索一下。我们也会在下边的编程练习中给出提示。

我们之前提到过，在 Linux 中，“万物皆文件”。在 Linux 中，对设备、SOCKET等进行的一系列开、关、读、写操作归根结底都是在对其对应的文件进行操作。而这些文件的“打开状态”等一系列状态都是通过文件描述符表示的。这就引出了一个新的问题：系统是如何通过文件描述符描述一个文件的？

[WIP: file description]

用户 / User

思考：系统如何表示 / 记录“一个用户登录了”？

从指令出发

Linux 为我们提供了一个指令，用来查看当前在线的用户列表：who。它是怎么实现的呢？不妨先在 Manual 里边看一看：

man who - who [OPTION]... [ FILE | ARG1 ARG2 ]

可以看到，who 接收一组参数，除了配置参数外，还包含一个文件（或者两个额外参数）。如果你的 Linux 拥有完整的 Manual ，你应该会看到如下片段：

If FILE is not specified, use /var/run/utmp. /var/log/wtmp as FILE is common.

也就是说，如果没有指定 FILE 的话，系统会默认从上述两个文件中读取用户登录日志。自此，我们可以猜想，Linux 通过修某个文件来记录用户的登录状态。[WIP]

从文件出发

我们之前提到过，在 Linux 中，“万物皆文件”。所以关于用户的一系列信息，自然也离不开文件。事实上，用户的信息被分散的保存在了以下几个文件中：

/etc/passwd - 保存用户的基本信息

/etc/shadow - 保存用户密码

/var/run/utmp - 保存用户登录记录

[WIP]

对于用户来说，这些文件的敏感度极高，我们一定不希望自己的信息被其他用户看到。为了对在这些文件上进行的操作进行干预和控制，Linux 设计了一套非常精妙的权限控制系统 - 基于 ACL（Access Control Lists）的权限控制。

初窥 Linux 权限控制系统

[WIP]

编程：仿写 who 指令

手册 / Manual

man -k 与 whatis database

man -k

之前提到，man -k可以用来在 Manual 中搜索我们想找的关键字。而它又是如何做到快速索引整个 Linux Manual 的呢？不妨使用man man指令查看一下关于 Linux Manual 的文档，找到-k参数的说明：

Equivalent to apropos.

然后继续man apropos

apropos - search the whatis database for strings

看来这个指令是在一个叫做 whatis database 的数据库中搜索信息的。所以，接下来的问题就是：what is whatis & what is whatis database。

whatis & whatis database

我们继续在 Manual 中查询：man whatis

whatis - search the whatis database for complete words.

似曾相识吧。先不去追究strings和complete words的区别，我们继续往下看：

whatis searches a set of database files containing short descriptions of system commands for keywords and displays the result on the standard out-put.

看来这个 a set of databases 指的就是 whatis database 了，它是一个包含了系统指令的关键词的简述的数据库。所以索引这个数据库，就可以在 Manual 中很快的找到我们需要的信息了。

那些没有提供 whatis database 的 Linux 发行版，基本都提供了makewhatis指令，用来让用户创建 whatis database。如果执行man -k的时候没有成功，不妨试一下makewhatis。