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编写Who命令

2021-02-11
6分钟阅读时长

Man Who

阅读who的联机帮助：

man who

通过阅读联机帮助，发现已登录的用户信息放在/var/run/utmp或者/var/log/wtmp中。

搜索联机帮助：

man -k utmp
man -k wtmp

返回的是：

utmp (5)             - 登录记录（login records）
wtmp (5)             - login records

阅读utmp的联机帮助：

man 5 utmp

可以发现文件中保存的是结构数组，数组元素是utmp类型的结构。

UTMP

utmp

UTMP_FILE的定义在/usr/include/utmp.h中。

/* utmp.h */
/* Compatibility names for the strings of the canonical file names.  */
#define UTMP_FILE _PATH_UTMP
#define UTMP_FILENAME _PATH_UTMP
#define WTMP_FILE _PATH_WTMP
#define WTMP_FILENAME _PATH_WTMP

其中，变量_PATH_UTMP和_PATH_WTMP的定义在/usr/inlcude/paths.h中。

#define	_PATH_UTMP	"/var/run/utmp"
#define	_PATH_WTMP	"/var/log/wtmp"

所以，UTMP_FILE即为/var/run/utmp ，注意此文件不是文本文件，无法直接读取。

struct utmp的定义在/usr/include/utmp.h中。

struct utmp {
       short int ut_type; /* type of login */
       pid_t ut_pid; /* pid of login process */
       char ut_line[UT_LINESIZE]; /* device name of tty - "/dev/" */
       char ut_id[4]; /* init id or abbrev. ttyname */
       char ut_user[UT_NAMESIZE]; /* user name */
       char ut_host[UT_HOSTSIZE]; /* hostname for remote login */
       struct exit_status ut_exit; 
       /* The exit status of a process marked as DEAD_PROCESS. */
       long int ut_session; /* session ID, used for windowing*/
       struct timeval ut_tv; /* time entry was made. */
       int32_t ut_addr_v6[4]; /* IP address of remote host. */
       char pad[20]; /* Reserved for future use. */
};
//注意有一行宏定义
/* Backwards compatibility hacks.  */
#define ut_name		ut_user
//因此也可以使用ut_name作为登录用户名的别名

exit_status

struct exit_status的定义在/usr/include/utmp.h中。

struct exit_status
{
    short int e_termination;	/* Process termination status.  */
    short int e_exit;		/* Process exit status.  */
};

timeval

Implement

略过介绍性的内容，utmp结构包含8个成员变量，而who命令使用到的是下面4个：

  1. ut_user 登录名
  2. ut_line 设备名
  3. ut_time 登录时间
  4. ut_host 登录的远程计算机名字

思路：

graph LR
	A[打开utmp]-->B[读取utmp记录]
	B-->C[实例化utmp对象]
	C-->B
	C-->D[关闭utmp]

File API

已经知道getc和fgets函数可以从文件中读取字符或字符串，但读取数据结构中的信息效率太低。

寻求联机帮助手册：

man -k file | grep read

man 2 read

由此可知，通过open()，read()，close()三个系统调用从utmp文件中取得用户登录信息。

open

open的基本用法：

  1. 目标：打开一个文件
  2. 头文件：#include<fcntl.h>
  3. 函数原型：int fd = open(char * name,int how)
  4. 参数：
    1. name 文件名
    2. how 只读O_RDONLY，只写O_WRONLY，可读可写O_RDWR
  5. 返回值：-1表示错误，int表示成功返回。

打开后返回的正整数叫文件描述符，通过该唯一标识建立进程和文件之间的连接。不同的文件打开的文件描述符不同，同一文件的不同打开对应的文件描述符也不同。

read

read的基本用法：

  1. 目标：把数据读取到缓冲区

  2. 头文件：#include<unistd.h>

  3. 函数原型：ssize_t numread = read(int fd,void * buf,size_t qty)

    有关ssize_t和size_t见于stddef.h中。

    在32位系统中长度为4个字节：

    1. typedef unsigned int size_t;
    2. typedef signed int ssize_t;

    在64位系统中长度为8个字节：

    1. typedef unsigned long size_t;
    2. typedef signed int ssize_t;

  4. 参数：

    1. fd 文件描述符
    2. buf 用来存放数据的目的缓冲区
    3. qty 要读取的字节数

  5. 返回值：-1表示错误，numread表示成功读取的字节数。

如果要求读取的字符超出了文件的长度，则numread返回0。

close

close的基本用法：

  1. 目标：关闭一个文件
  2. 头文件：#include<unistd.h>
  3. 函数原型：int result = close(int fd)
  4. 参数：fd 文件描述符
  5. 返回值：-1表示错误，0表示成功关闭。

Programming

根据思路，编写代码如下：

/*
 * who.c 首次实现版本，通过读取utmp文件展示结果实现who功能
 */
#include<stdio.h>
#include<utmp.h>
#include<fcntl.h>//open()
#include<unistd.h>//read(),close()
#define SHOWHOST//用于包含输出远程主机的登录
void show_info(struct utmp * utmpbufferprint);
int main()
{
    struct utmp current_record;//实例化的"对象"，将读出的数据赋给它
    int utmpfd;//文件描述符
    int reclen=sizeof(current_record);//该结构的长度
    if((utmpfd=open(UTMP_FILE,O_RDONLY))==-1)//UTMP_FILE是utmp.h中的宏定义
    {
        perror(UTMP_FILE);
        //perror(s)用来将上一个函数发生错误的原因输出到标准设备(stderr)。
        //参数 s 所指的字符串会先打印出，后面再加上错误原因字符串。
        exit(1);//以异常情况退出
    }
    //current_record是utmp类型，取地址运算符后是utmp*类型
    //reclen保证每次读一个结构体长度的数据
    //判断是否与结构体长度相等，当需读取长度大于当前文件长度时（只可能发生在最后一次读取）抛弃本次读取
    while(read(utmpfd,&current_record,reclen)==reclen)//循环打印，确保所有用户都列出
    {
        show_info(&current_record);
    }
    close(utmpfd);
    return 0;
}

显示登录信息函数：

int show_info(struct utmp * utmpbufferprint){
    printf("%-8.8s",utmpbufferprint->ut_name);
    /*
     * 1.ut_name 扩展到 ut_user 见前文
     * 2.-代表左对齐，+代表右对齐
     * 3.8代表字符宽度的最小值
     * 4.".8"代表将要打印的字符的最大数目
     * 通过限制打印的最小值和最大值保证输出字符串长度为8
     */
    printf(" ");
    printf("%-8.8s",utmpbufferprint->ut_line);
    printf(" ");
    showTime(utmpbufferprint->ut_time);
    printf(" ");
#ifdef SHOWHOST
    if(utmpbufferprint->ut_host[0]!='\0')//检查ut_host字符串是否为空
        printf("(%s)",utmpbufferprint->ut_host);
#endif
    printf("\n");
    return 0;

}

Improvement

系统所带的who命令只列出已登录用户的信息，而上述代码还会显示其他的信息。

简单的思路是过滤掉用户名为空的记录，但是有些记录用户名为LOGIN，这显然不是一个真实的用户。因此需要更加详细地区分用户类型。

ut_type

ut_type在/usr/include/utmp.h中定义：

/* Values for the `ut_type' field of a `struct utmp'.  */
#define EMPTY		0	/* No valid user accounting information.  */
 
#define RUN_LVL		1	/* 系统的运行级别 The system's runlevel.  */
#define BOOT_TIME	2	/* 系统启动时间 Time of system boot.  */
#define NEW_TIME	3	/* 系统时钟改变后的时间 Time after system clock changed.  */
#define OLD_TIME	4	/* 系统时钟改变的时间 Time when system clock changed.  */
 
#define INIT_PROCESS	5	/*由init进程生成的进程 Process spawned by the init process. */
#define LOGIN_PROCESS	6	/* Session leader of a logged in user.  */
#define USER_PROCESS	7	/* Normal process.  */
#define DEAD_PROCESS	8	/* 终止进程 Terminated process.  */
 
#define ACCOUNTING	9

由该结构可知，当ut_type的值为7(USER_PROCESS)的时候，表明它是已经登录的用户。

对原程序做如下的修改：

void show_info(struct utmp * utbufferprint){
    if(utbufferprint->ut_type!=USER_PROCESS)
        return;
    //以下是原来的代码
    //...
}

timeval

接下来要以正确的格式显示时间。

man -k time | grep -i transform
man -k time | grep -i convert

其中，-i是忽略大小写差异。

Linux时间存储方式是time_val数据类型。以整数表示，数值是从1970年1月1日0时至今的总秒数，

在/usr/include/sys/time.h中包含了头文件/usr/include/bits/types/struct_timeval.h

struct timeval的定义在该头文件中。

struct timeval{
    __time_t tv_sec;/* Seconds 秒 */
    __suseconds_t tv_usec;/* Microseconds 微秒 */
};

typedef __time_t time_t;

一般由函数int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz)获取系统的时间

在源代码中使用了ctime()是因为utbufp->ut_time的值是距离1970.1.1的秒数总和，是长整形，要把其转换为易读的时间格式。

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 瞽者无以与乎文章之观,聋者无以与乎钟鼓之声。岂唯形骸有聋盲哉?
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