###一、ls命令的功能分析

使用man ls命令查看ls命令手册(功能描述和主要选项摘录如下):

List information about the FILEs (the current directory by default).Sort entries alphabetically if none of -cftuvSUX nor –sort.

列出文件(默认当前目录)信息,如果没有-cftuvSUX和–sort选项,就按照字母顺序排序。


-a, --all   do not ignore entries starting with .:不忽略以.开始的隐藏文件

-A, --almost-all   do not list implied . and ..:不列出 .(当前目录)和..(上级目录)

-B, --ignore-backups  do not list implied entries ending with ~:忽略以~结尾的备份文件

-c with -lt: sort by, and show, ctime (time of last modification of file status information) with -l: show ctime and  sort  by  name otherwise: sort by ctime:和-lt一起使用,则显示ctime(最后修改文件信息的时间),并按ctime排序显示;和-l一起使用,则显示
ctime,但只按文件名的字母顺序排序;其他,按ctime排序显示。/*该选项和-t选项在单独使用的时候是等价的,但在和-l选项配合使用的时候,-c的功能会被屏蔽,而-t选项不会*/

-d, --directory   list directory entries instead of contents, and do not  dereference symbolic links:不是列出该目录的文件信息,而是列出该目录项。不追踪符号链接的实际位置。

-F, --classify   append indicator (one of */=>@|) to entries:在每个entry后面加上标识文件内容的符号:

         * : 标识可执行文件     / : 标识目录          = : 套接字文件
         @ : 符号链接文件       | : 管道文件

-l     use a long listing format:以长格式显示。

###二、ls所用到的系统调用:

使用strace ls命令我们可以查看ls命令使用到的系统调用,其中最重要的几个为:


open(".", O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_LARGEFILE|O_DIRECTORY|O_CLOEXEC) = 3
getdents64(3, /* 68 entries */, 32768)  = 2240
getdents64(3, /* 0 entries */, 32768)   = 0
close(3)                                = 0

1、open系统调用:

打开当前目录文件,返回获得的文件描述符。

  • O_RDONLY:只读 O_NONBLOCK:以非阻塞的方式打开文件 O_LARGEFILE:允许打开大文件
  • O_DIRECTORY:如果路径不是目录,则打开错误 O_CLOEXEC:在创建新的进程后关闭文件描述符

2、close系统调用:

关闭文件描述符。

3、getdents64:

读取当前目录下的文件。

三、getdents64的系统调用服务例程:

由于getdents64实现了ls核心功能,下面着重分析getdents64系统调用在内核态下的实现。getdents64在fs/readdir.c中定义如下:


 275SYSCALL_DEFINE3(getdents64, unsigned int, fd,
 276                struct linux_dirent64 __user *, dirent, unsigned int, count)
 277{
 278        struct file * file;
 279        struct linux_dirent64 __user * lastdirent;
 280        struct getdents_callback64 buf;
 281        int error;
 282
 283        error = -EFAULT;
 284        if (!access_ok(VERIFY_WRITE, dirent, count))
 285                goto out;
 286
 287        error = -EBADF;
 288        file = fget(fd);
 289        if (!file)
 290                goto out;
 291
 292        buf.current_dir = dirent;
 293        buf.previous = NULL;
 294        buf.count = count;
 295        buf.error = 0;
 296
 297        error = vfs_readdir(file, filldir64, &buf);
 298        if (error >= 0)
 299                error = buf.error;
 300        lastdirent = buf.previous;
 301        if (lastdirent) {
 302                typeof(lastdirent->d_off) d_off = file->f_pos;
 303                if (__put_user(d_off, &lastdirent->d_off))
 304                        error = -EFAULT;
 305                else
 306                        error = count - buf.count;
 307        }
 308        fput(file);
 309out:
 310        return error;
 311}

getdents64首先调用fget函数得到目录文件的file结构体,再调用虚拟文件系统提供的vfs_readdir函数,读取目录项,该函数的定义也在fs/readdir64中:


int vfs_readdir(struct file *file, filldir_t filler, void *buf)
  24{
  25        struct inode *inode = file->f_path.dentry->d_inode;
  26        int res = -ENOTDIR;
  27        if (!file->f_op || !file->f_op->readdir)
  28                goto out;
  29
  30        res = security_file_permission(file, MAY_READ);
  31        if (res)
  32                goto out;
  33
  34        res = mutex_lock_killable(&inode->i_mutex);
  35        if (res)
  36                goto out;
  37
  38        res = -ENOENT;
  39        if (!IS_DEADDIR(inode)) {
  40                res = file->f_op->readdir(file, buf, filler);
  41                file_accessed(file);
  42        }
  43        mutex_unlock(&inode->i_mutex);
  44out:
  45        return res;
  46}

该函数首先通过file结构体得到inode,然后从inode中获得并执行file_operations结构体中的读取目录函数(底层文件系统提供)file->f_op->readdir(file, buf, filler)。

综上所述,实际上对文件进行操作的是底层文件系统提供的函数,它通过file_operations结构体可被上层的虚拟文件系统调用,而用户程序又可通过系统调用进入内核态,调用虚拟文件系统提供的接口函数。