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常用命令实现

本节来看看在 $xv6$ 里面一些常见的命令是如何实现的，它们都是用户程序，封装系统调用而成，大多数都很简单一眼过去就能懂那种，来看：

echo

$echo$ 命令将紧跟其后的参数当作字符串打印出来，就跟 $print$ 差不太多

int main(int argc, char *argv[])
{
   
   
  int i;

  for(i = 1; i < argc; i++)   //从第一个参数开始循环(0起始)
    printf(1, "%s%s", argv[i], i+1 < argc ? " " : "\n");  //将参数作为字符串打印出来，最后一个参数后面打印一个换行符
  exit();   //执行完之后退出
}

cat

$cat$ 用来查看文件内容

void cat(int fd)
{
   
   
  int n;

  while((n = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
   
      //读取fd指向的文件的内容
    if (write(1, buf, n) != n) {
   
        //输出到屏幕
      printf(1, "cat: write error\n");
      exit();
    }
  }
  if(n < 0){
   
        //读写的字节数小于0，出错了
    printf(1, "cat: read error\n");
    exit();
  }
}

$cat$ 函数接受一个参数文件描述符，然后读取这个文件描述符指向的文件，将其内容输出到屏幕。其主函数：

int main(int argc, char *argv[])
{
   
   
  int fd, i;

  if(argc <= 1){
   
      //如果没有参数
    cat(0);        //从键盘获取输入
    exit();        //执行完后退出
  }

  for(i = 1; i < argc; i++){
   
       //从第一个参数开始循环(0起始)
    if((fd = open(argv[i], 0)) < 0){
   
       //打开文件
      printf(1, "cat: cannot open %s\n", argv[i]);
      exit();
    }
    cat(fd);     //调用cat读取文件并输出
    close(fd);   //关闭文件
  }
  exit();   //执行完后退出
}

wc

$wc$ 用来统计输出文件的行数，单词数，字节数

char buf[512];
void wc(int fd, char *name)
{
   
   
  int i, n;
  int l, w, c, inword;

  l = w = c = 0;
  inword = 0;
  while((n = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0){
   
     //从fd指向的文件中读取数据
    for(i=0; i<n; i++){
   
       //读取了多少个字符，循环多少次
      c++;     
      if(buf[i] == '\n')   //有换行
        l++;     //行数加1
      if(strchr(" \r\t\n\v", buf[i]))  //有空白字符
        inword = 0;   
      else if(!inword){
   
     
        w++;              //单词数加1
        inword = 1;
      }
    }
  }
  if(n < 0){
   
          //没有读取到字符
    printf(1, "wc: read error\n");   
    exit();
  }
  printf(1, "%d %d %d %s\n", l, w, c, name);  //打印 行数，单词数，字节数，名字
}

统计行数就是看换行符的个数，单词数看空白字符，字节数嗯就是字节数(废话学)，其主函数：

int main(int argc, char *argv[])
{
   
   
  int fd, i;

  if(argc <= 1){
   
      //如果参数≤1
    wc(0, "");     //从键盘获取输入
    exit();        //执行完退出
  }

  for(i = 1; i < argc; i++){
   
      //从第一个参数开始循环(0起始)
    if((fd = open(argv[i], 0)) < 0){
   
       //打开参数指向的文件
      printf(1, "wc: cannot open %s\n", argv[i]);
      exit();
    }
    wc(fd, argv[i]);   //调用wc函数统计这个文件
    close(fd);    //关闭文件描述符
  }
  exit();   //执行完后退出
}

ls

$ls$ 用来显示文件信息

void ls(char *path)  //显示这个路径指示的文件信息  
{
   
   
  char buf[512], *p;
  int fd;
  struct dirent de;
  struct stat st;

  if((fd = open(path, 0)) < 0){
   
      //打开文件
    printf(2, "ls: cannot open %s\n", path);
    return;
  }

  if(fstat(fd, &st) < 0){
   
      //获取这个文件信息
    printf(2, "ls: cannot stat %s\n", path);
    close(fd);
    return;
  }

  switch(st.type){
   
       //如果是普通文件，直接输出
  case T_FILE:
    printf(1, "%s %d %d %d\n", fmtname(path), st.type, st.ino, st.size);
    break;

  case T_DIR:    //如果是目录文件，输出其下的文件信息
    if(strlen(path) + 1 + DIRSIZ + 1 > sizeof buf){
   
     //判断路径是否对头,buf 512字节,正常情况不会超过
      printf(1, "ls: path too long\n");
      break;
    }
    strcpy(buf, path);   //将参数复制一份到buf
    p = buf+strlen(buf); //p现在应指向参数路径的末尾
    *p++ = '/';   //末尾赋为'/'
    while(read(fd, &de, sizeof(de)) == sizeof(de)){
   
     //读取目录项
      if(de.inum == 0)  //inode编号为0 continue(inode编号从1开始)
        continue;
      memmove(p, de.name, DIRSIZ);   //复制一份文件名字到p，形成新路径，这个路径指向目录下的一个文件
      p[DIRSIZ] = 0;    //截止处理
      if(stat(buf, &st) < 0){
   
       //获取这个文件的状态信息
        printf(1, "ls: cannot stat %s\n", buf);  //打印错误消息
        continue;
      }
      printf(1, "%s %d %d %d\n", fmtname(buf), st.type, st.ino, st.size);  //打印文件信息
    }
    break;
  }
  close(fd);  //关闭文件
}

看着很多，其实也简单，打开路径指示的文件，如果这是个普通文件，直接输出文件状态信息，如果是个目录文件，那么就输出目录下的文件信息。

char* fmtname(char *path)
{
   
   
  static char buf[DIRSIZ+1];
  char *p;
  //找到最后一个 / 之后的第一个字符
  for(p=path+strlen(path); p >= path && *p != '/'; p--)
    ;
  p++;

  if(strlen(p) >= DIRSIZ)  //超过了文件名的长度
    return p;
  memmove(buf, p, strlen(p)); //复制文件名
  memset(buf+strlen(p), ' ', DIRSIZ-strlen(p));  //后面空余字节补为' '
  return buf;
}

这个函数就是将路径转化为最后一个文件名，比如，"/a/b/c"，那这个函数就转化为 "c "(后面有空格字符补齐)。最后来看其主函数：

int main(int argc, char *argv[])
{
   
   
  int i;

  if(argc < 2){
   
      //如果参数个数小于2，也就是没有参数，只有一个程序名
    ls(".");      //那就显示当前目录下的文件信息
    exit();
  }
  for(i=1; i<argc; i++)   //对每个参数(文件)调用ls
    ls(argv[i]);
  exit();    //执行完后退出
}

grep

$grep$ 用来搜索文本，并把匹配的行打印出来。$grep$ 的难点在于正则表达式，这里只实现了 ^ $ . * 四种元字符。关于正则表达式的算法我就不细讲了，可以参考有关正则表达式的算法实现，比如 $Leetcode$ 第 10 题。来看 $xv6$ 里的实现

首先是两个匹配函数

int matchhere(char* re, char* text);
int matchstar(int c, char* re, char* text);

$matchhere$ 匹配规则 $re$ 和文本 $text$，$matchstar$ 是处理 * 的情况，参数 $c$ 是 * 前面那个字符，来看实现函数：

int matchhere(char *re, char *text)
{
   
   
  if(re[0] == '\0')    //规则匹配到结尾了，说明匹配成功返回1
    return 1;
  if(re[1] == '*')    //碰到*，调用matchstar处理
    return matchstar(re[0], re+2, text);
  if(re[0] == '$' && re[1] == '\0')  //规则到结尾了且是$结尾
    return *text == '\0';            //如果文本也到结尾了，匹配成功
  if(*text!='\0' && (re[0]=='.' || re[0]==*text))  //普通情况，如果规则是.或者单个字符匹配成功
    return matchhere(re+1, text+1);                //规则和文本都向后移，匹配下一个字符
  return 0;
}

如果规则匹配到头了，说明匹配成功返回 1

* 是和前面那个字符绑定在一起的，所以直接判断 $re[1]$ 是否是 *，如果是调用 $matchstar$ 处理，后面再说

如果规则匹配到末尾了且最后一个规则是 $，则检测文本是否也匹配到末尾了

最后是普通情况查看当前字符是否匹配成功：

可以看出只要没有 * 组合出现，匹配算法还是很容易的，. 就是当作任意字符来看，$ 就是额外检查文本是否也匹配到末尾了。来看复杂点的 * 处理过程：

int matchstar(int c, char *re, char *text)
{
   
   
  do{
   
    
    if(matchhere(re, text))    //第一次执行为*匹配0次，没执行依次*匹配次数加1
      return 1;
  }while(*text!='\0' && (*text++==c || c=='.'));  //*前面字符匹配多次的情况
  return 0;
}

* 就是指前面的字符可以匹配 0 次或多次，do-while 循环第一次执行就是匹配 0 次的情况，后续再次执行循环体的话就是匹配多次的情况

上述就是匹配的主要函数，稍微有些困难的地方可能就是 * 元字符，找几个简单例子模拟一下应该也多大问题，到此还有个 ^ 匹配开头没有处理，来看：

int match(char *re, char *text)
{
   
   
  if(re[0] == '^')   //若有^元字符
    return matchhere(re+1, text);  //规则后移，文本不动
  do{
   
     // must look at empty string
    if(matchhere(re, text))   //调用matchhere匹配
      return 1;
  }while(*text++ != '\0');  //匹配失败的话文本后移再次匹配
  return 0;
}

^ 用来匹配开头边界，$match$ 函数中直接将规则后移就是了，文本不需要动，因为后面会看到 $grep$ 调用 $match$ 函数时，传的 $text$ 本身就是一行数据的开头，所以这里 $match$ 函数就不用特殊处理了

普通情况就是一个个暴力的匹配：

上述就是匹配算法，下面来看实际的 $grep$ 函数

void grep(char *pattern, int fd)
{
   
   
  int n, m;
  char *p, *q;

  m = 0;
  while((n = read(fd, buf+m, sizeof(buf)-m-1)) > 0){
   
     //读取文件内容
    m += n;    //记录已读的字节数
    buf[m] = '\0';   //截止处理
    p = buf;   //buf首地址赋给p
    while((q = strchr(p, '\n')) != 0){
   
     //检查刚读取的这段数据是否有换行，有的话
      *q = 0;                           //其位置上的字符置0，因为match函数以0评判是否为结尾
      if(match(pattern, p)){
   
          //匹配这一行的文本
        *q = '\n';                 //匹配成功的话，重新变成换行符
        write(1, p, q+1 - p);      //并且打印这行
      }
      p = q+1;     //p指向下一行首字符地址
    }   //重复上述操作
    if(p == buf)   //如果读取的这段数据一个换行符都没有
      m = 0;       //m置0重复操作
    if(m > 0){
   
        //读取的这段数据中，p之前的已经匹配处理过了，
      m -= p - buf;    //计算已经处理多少文本
      memmove(buf, p, m); //把p之前的文本移出去
    }
  }
}

$grep$ 函数应该要简单的多，又详细注释就不再多说，来看最后的 $main$ 函数

int main(int argc, char *argv[])
{
   
   
  int fd, i;
  char *pattern;

  if(argc <= 1){
   
      //grep pattern [file] 至少两个参数，1个参数出错了
    printf(2, "usage: grep pattern [file ...]\n");
    exit();
  }
  pattern = argv[1];

  if(argc <= 2){
   
     //grep pattern 没有指定文件，那么就读取控制台文件
    grep(pattern, 0);
    exit();
  }

  for(i = 2; i < argc; i++){
   
     //grep patter file1 file2 ...
    if((fd = open(argv[i], 0)) < 0){
   
     //打开文件
      printf(1, "grep: cannot open %s\n", argv[i]);
      exit();
    }
    grep(pattern, fd);  //匹配模式串和文本
    close(fd);   //关闭文件
  }   //重复上述操作
  exit();   //完成之后退出
}

$grep$ 命令就到这里，相比其他命令这个的却要难一些，主要是在匹配算法那一块儿，我不讲算法只是简单地说了说，不太清楚的话，可以尝试着举简单例子模拟作为突破口，也可以先去看看一些关于正则表达式的算法题。

kill

kill pid，杀死进程号为 $pid$ 的进程

int main(int argc, char **argv)
{
   
   
  int i;

  if(argc < 2){
   
     //kill pid 最少两个参数，少于两个出错
    printf(2, "usage: kill pid...\n");
    exit();
  }
  for(i=1; i<argc; i++)   //从第一个参数开始循环(0起始)
    kill(atoi(argv[i]));  //将字符串转换成整型，调用kill系统调用
  exit();   //执行完后退出
}

很简单，就是调用 $kill$ 这个系统调用，详见KILL

ln

·n src dst，$dst$ 文件和 $src$ 文件建立硬链接

int
main(int argc, char *argv[])
{
   
   
  if(argc != 3){
   
      //ln src dst，至少三个参数
    printf(2, "Usage: ln old new\n");
    exit();
  }
  if(link(argv[1], argv[2]) < 0)  //调用link系统调用建立硬链接
    printf(2, "link %s %s: failed\n", argv[1], argv[2]);
  exit();  //执行完后退出
}

也特简单，就是调用 $link$ 这个系统调用，有问题详见文件系统调用

mkdir

mkdir dirname 用来创建目录，$dirname$ 实际应是一个路径。

int main(int argc, char *argv[])
{
   
   
  int i;

  if(argc < 2){
   
      //mkdir dirname1 至少两个参数
    printf(2, "Usage: mkdir files...\n");
    exit();
  }

  for(i = 1; i < argc; i++){
   
      //mkdir name1 name2
    if(mkdir(argv[i]) < 0){
   
      //调用mkdir创建目录
      printf(2, "mkdir: %s failed to create\n", argv[i]);
      break;
    }
  }  //重复上述操作

  exit();   //完成后退出
}

同样的直接调用 $mkdir$ 创建目录文件，详见文件系统调用

rm

rm filepath 用来删除一个文件

int main(int argc, char *argv[])
{
   
   
  int i;

  if(argc < 2){
   
      //rm filepath 至少两个参数
    printf(2, "Usage: rm files...\n");
    exit();
  }

  for(i = 1; i < argc; i++){
   
       
    if(unlink(argv[i]) < 0){
   
      //调用unlink"删除"文件
      printf(2, "rm: %s failed to delete\n", argv[i]);
      break;
    }
  }
  exit();  //执行完后退出
}

$xv6$ 直接调用 $unlink$ 来"删除"一个文件，但实际上在文件系统调用一文中，我们说过，只有一个文件的链接数，引用数都为 0 的时候才会真正地将一个文件删除，当时还在 $Linux$ 下做了一个实验，详情见前文。

上述就是 $xv6$ 中一些命令的实现，很简单，大多数就是调用现成的系统调用就能完成工作，配上详细的注释应该是一眼就能懂什么意思。稍微困难些的就是 $grep$ 命令，涉及到递归思想的是稍微要困难点，多看几遍问题应该也不大

好了本节就这样吧，有什么问题还请批评指正，也欢迎大家来同我讨论交流学习进步。
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