1. 实验简介
Linux系统的正常运作需要使用大量与系统有关的数据文件，例如，口令文件 /etc/passwd 和组文件 /etc/group 就是经常被多个程序频繁使用的两个文件。用户每次登陆 Linux系统，以及每次执行 ls -l 命令时都要使用口令文件。本实验中的程序就是这样一个需要调用系统数据文件的程序，只不过调用的是 /var/run/utmp （记录机器的启动时间以及当前登陆用户）和 /var/log/wtmp 文件。由于历史原因，这些数据文件都是 ASCII 文本文件，并且使用标准 I/O 库读这些文件。但是，对于较大的系统，顺序扫描口令文件很花费时间，我们需要能够以非 ASCII 文本格式存放这些文件，但仍向使用其他文本格式的应用程序提供接口。对于这些数据文件的可移植性接口的使用是本次实验的主题。
2. 实验原理
2.1 who命令介绍
who命令的作用是显示目前登录系统的用户信息。执行who命令可得知目前有那些用户登入系统，单独执行who命令会列出登入帐号、使用的终端机、登入时间以及从何处登入或正在使用哪个显示器。
2.2 参数说明
who -H 或–heading：显示各栏位的标题信息列；
who -q或 –count：只显示登入系统的帐号名称和总人数。
2.3 utmp 和 wtmp 文件概述
Linux 系统维护着两个包含与用户登录和登出系统有关的信息的数据文件。
- utmp 文件 维护着当前登录进系统的用户记录以及其他一些信息。
每一个用户登录进系统时都会向 utmp 文件写入一条记录。在这条记录中包含一个ut_user 字段,它记录着用户的登录名。当用户登出的时候该条记录会被删除。像who之类的程序会使用 utmp 文件中的信息来显示当前登录进系统的用户列表。 - wtmp 文件 包含着所有用户登录和登出行为的留痕信息以供审计之用。
每一个用户登录进系统时,写入 utmp 文件中的记录同时会被附加到 wtmp 文件中。当用户登出系统的时候还会向这个文件附加一条记录。这条记录包含的信息与登录记录相同,但 ut_user 字段会被置零。last命令可以用来显示和过滤 wtmp 文件中的内容。
utmp 和 wtmp 文件包含 对utmpx结构的记录。utmpx结构在<utmpx.h>中定义。关于utmpx结构的定义如下（摘录自《Linux/Unix系统编程手册》一书》）：
2.4 实现原理
读取utmp文件的内容，然后显示记录，最后关闭utmp。实际上就是一个“打开文件——保存文件id——根据文件id读取用户登陆信息——显示在终端 ”的过程。
3. 实验步骤
3.1 main函数
main 函数的主要作用是接收命令行传过来的参数，然后根据不同的参数标记不同的变量，以便 mywho()函数能够根据这些标记的变量分类处理。
main函数里主要涉及到 getopt()这个函数。该函数的定义如下（摘录自《Linux/Unix系统编程手册》一书》）：
getopt() 是一个标准库函数，我们可以通过连续调用getopt()来解析命令行。每次调用都会返回下一个未处理选项的信息。如果找到了选项，那么代表该选项的字符就作为函数结果返回。如果到达了选项列表的结尾，getopt()就返回−1。每次调用 getopt()时，全局变量 optind 都会得到更新，其中包含着参数列表 argv 中未处理的下一个元素的索引。在首次调用 getopt()之前，变量 optind 会自动设为 1（因为argv[0]表示的是程序名，所以argc起始的值为1，且命令行选项是从argv[1]开始算起的）。若检索完所有选项后 argc 不等于 optind，说明存在错误的选项。
main函数代码如下：
int main(int argc, char *argv[])
{
int c;
int run; //判断mywho()是否正常运行的标志
while ((c = getopt(argc, argv, "Hqb")) != -1)
{
switch (c)
{
case 'H':
is_H = true;
break;
case 'q':
is_q = true;
break;
default:
exit(1);
}
}
//命令行检错
if (argc != optind)
printf("Fault commend rose!\n");
//调用mywho程序，并检查是否正常运行
run = mywho();
if (!run)
exit(EXIT_SUCCESS);
else
exit(1);
}
3.2 设计mywho函数
3.2.1 -q参数解析
-q 参数的原理为：先读取 utmp 文件的数据， 过滤出 utmpx 结构 ut_type 字段为 USER_PROCESS 的记录，然后计数。
- ut_type 字段是一个整数，它定义了写入文件的记录类型。这里要用到的是USER_PROCESS (7)。它用来记录用户进程（通常是登录会话），用户名会出现在 ut_user 字段中。
- getutxent() 函数用来顺序读取 utmp 文件中的下一个记录，并以utmpx 结构返回。第一次调用时会取得第一位用户数据，之后每调用一次就会返回下一项数据, 直到已无任何数据时返回NULL。代码如下：
while ((ut = getutxent())
{
if (ut->ut_type != USER_PROCESS)
continue;
printf("%-2s ", ut->ut_user);
users += 1;
}
printf("\n# users=%d\n", users);
3.2.2 -H 参数解析
-H 选项用于打印输出的各列的含义：
if (opt_H)
printf("%-12s%-12s%-20.20s %s\n", "NAME", "LINE", "TIME", "COMMENT");
3.2.3 不带任何选项解析
不带任何选项用于分别读取 utmp 文件关于用户登陆的信息。这里重点介绍一下timeval结构体和strftime()函数。
-
timeval结构体
其中，time_t 表示从1970 年 1月 1 日早晨零点（UNIX 系统问世的大致日期）开始到当前时间所间隔的秒数。这个数字显然是相当庞大的。因此我们要把它转换成可读的格式。函数 strftime() 可以为这种转换提供了精确的控制。 -
strftime()函数
timeptr 指向分解时间，strftime()会将以 null 结尾、由日期和时间组成的相应字符串置于 outstr 所指向的缓冲区中；
outstr 中返回的字符串按照 format 参数定义的格式做了格式化；
format参数表示转化的格式有很多种，这里不全部列举，只介绍这里会用到的两种：- %F：ISO 日期格式(%Y-%m-%d 格式)，形如2019-2-14
- %R：24 小时制的时间(%H:%M格式 )，形如13:30
Maxsize 参数指定 outstr 的最大长度。
如果转化成功，strftime()返回 outstr 所指缓冲区的字节长度，且不包括终止空字节。如果结果字符串的总长度（含终止空字节）超过了 maxsize 参数，那么 strftime()会返回 0 以示出错，且此时无法确定 outstr 的内容。
这部分的代码如下：
while ((ut = getutxent()))
{
if (ut->ut_type != USER_PROCESS)
continue;
time_t tm;
tm = (time_t)(um->ut_tv.tv_sec);
//将时间转化为可读性较好的形式
strftime(timebuf, 24, "%F %R", localtime(&tm));
//打印各类信息
printf("%-12s%-12s%-20.20s (%s)\n", ut->ut_user, ut->ut_line,
timebuf, um->ut_host);
}
endutxent();
exit(EXIT_SUCCESS);
3.2.4 mywho()函数汇总
mywho() 函数整合了上面几段代码。首先调用系统数据文件的接口函数，然后逐条将其数据保存下来，再根据选项的标记输出不同的信息，最后关闭系统数据文件。代码如下：
static int mywho()
{
struct utmpx *ut;
//用来保存可读性较好的时间字符串
char timebuf[24];
//当命令行选项为 -q 时, 显示用户名并保存用户数量
int users = 0;
if (is_q)
{
while ((ut = getutxent()))
{
if (ut->ut_type != USER_PROCESS)
continue;
printf("%-2s ", ut->ut_user);
users += 1;
}
printf("\n# users=%d\n", users);
// 关闭文件
endutxent();
exit(EXIT_SUCCESS);
}
//打印各栏标题头部
if (is_H)
printf("%-12s%-12s%-20.20s %s\n", "NAME", "LINE", "TIME", "COMMENT");
//不带选项的设计
while ((ut = getutxent()))
{
if (ut->ut_type != USER_PROCESS)
continue;
//日历时间存储于类型为 time_t
time_t tm;
tm = (time_t)(ut->ut_tv.tv_sec);
//将时间转化为可读性较好的形式
strftime(timebuf, 24, "%F %R", localtime(&tm));
//打印各类信息
printf("%-12s%-12s%-20.20s (%s)\n", ut->ut_user, ut->ut_line,
timebuf, ut->ut_host);
}
endutxent();
exit(EXIT_SUCCESS);
}
4. 完整代码
将上述所有代码块汇总成who.c文件。完整代码如下：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <getopt.h>
#include <utmp.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
//设置标志位，标识命令行参数，默认不使用，设为false
bool is_H = false;
bool is_q = false;
static int mywho()
{
struct utmpx *ut;
//用来保存可读性较好的时间字符串
char timebuf[24];
//当命令行选项为 -q 时, 显示用户名并保存用户数量
int users = 0;
if (is_q)
{
while ((ut = getutxent()))
{
if (ut->ut_type != USER_PROCESS)
continue;
printf("%-2s ", ut->ut_user);
users += 1;
}
printf("\n# users=%d\n", users);
// 关闭文件
endutxent();
exit(EXIT_SUCCESS);
}
//打印各栏标题头部
if (is_H)
printf("%-12s%-12s%-20.20s %s\n", "NAME", "LINE", "TIME", "COMMENT");
//不带选项的设计
while ((ut = getutxent()))
{
if (ut->ut_type != USER_PROCESS)
continue;
//日历时间存储于类型为 time_t
time_t tm;
tm = (time_t)(ut->ut_tv.tv_sec);
//将时间转化为可读性较好的形式
strftime(timebuf, 24, "%F %R", localtime(&tm));
//打印各类信息
printf("%-12s%-12s%-20.20s (%s)\n", ut->ut_user, ut->ut_line,
timebuf, ut->ut_host);
}
endutxent();
exit(EXIT_SUCCESS);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int c;
int run;
//分析命令行选项
while ((c = getopt(argc, argv, "Hqb")) != -1)
{
switch (c)
{
case 'H':
is_H = true;
break;
case 'q':
is_q = true;
break;
default:
exit(1);
}
}
//命令行检错
if (argc != optind)
printf("fault command!\n");
//调用mywho程序，并检查是否正常运行
run = mywho();
if (!run)
exit(EXIT_SUCCESS);
else
exit(1);
}
5. 运行结果
