Question

一、实验简介

linux 的 touch 命令用来修改文件时间戳，或者新建一个不存在的文件，使用方式如下：

touch [-acm][-r ref_file(参照文件)|-t time(时间值)] file(文件名)  

本实验基于 C 语言实现 Linux touch 命令的 [-acm] 选项。

注:

touch file1.txt 更新 file1.txt 的存取和修改时间
touch -a file1.txt 改变 file1.txt 的读取时间记录
touch -c file1.txt 如果 file1.txt 不存在，不创建文件
touch -m file1.txt 改变 file1.txt 的修改时间记录

1.1 知识点

• 知识点 1: 函数 int getopt(int argc,char * const argv[ ],const char * optstring); 包含在头文件 #include <unistd.h> ，作用： 分析命令行参数。 返回值：参数字符。
• 知识点 2: 函数 open 是 UNIX 系统的系统调用函数，区别于 C 语言库函数 fopen。包含在头文件 #include <fcntl.h> ，作用：打开和创建文件。

int open(constchar*pathname, int flags);  
int open(constchar*pathname, int flags, mode_t mode);

返回值：成功则返回文件描述符，否则返回-1
参数说明：对于 open 函数来说，第三个参数仅当创建新文件时（即使用了 O_CREAT 时）才使用，用于指定文件的访问权限位（access permission bits）。pathname 是待打开/创建文件的 POSIX 路径名（如/home/user/a.cpp）；flags 用于指定文件的打开/创建模式，这个参数可由以下常量（定义于 fcntl.h）通过逻辑位或逻辑构成。

O_RDONLY 只读模式
O_WRONLY 只写模式
O_RDWR 读写模式

参数 mode 则有下列数种组合，只有在建立新文件时才会生效，此外真正建文件时的权限会受到 umask 值所影响，因此该文件权限应该为 ( mode-umaks ).
S_IRWXU 00700 权限，代表该文件所有者具有可读、可写及可执行的权限。
S_IRUSR 或 S_IREAD , 00400 权限，代表该文件所有者具有可读取的权限。
S_IWUSR 或 S_IWRITE , 00200 权限，代表该文件所有者具有可写入的权限。
S_IXUSR 或 S_IEXEC , 00100 权限，代表该文件所有者具有可执行的权限。
S_IRWXG 00070 权限，代表该文件用户组具有可读、可写及可执行的权限。
S_IRGRP 00040 权限，代表该文件用户组具有可读的权限。
S_IWGRP 00020 权限，代表该文件用户组具有可写入的权限。
S_IXGRP 00010 权限，代表该文件用户组具有可执行的权限。
S_IRWXO 00007 权限，代表其他用户具有可读、可写及可执行的权限。
S_IROTH 00004 权限，代表其他用户具有可读的权限
S_IWOTH 00002 权限，代表其他用户具有可写入的权限。
S_IXOTH 00001 权限，代表其他用户具有可执行的权限。

• 知识点 3： 函数
  int utimensat(int dirfd, const char *pathname,const struct timespec times[2], intflags); ,包含在 #include <sys/stat.h> ，作用：utimensat 是以纳秒级的精度改变文件的时间戳。 utimensat() 通过文件的路径（ pathname ）获得文件。
  这个系统调用函数都是通过一个时间数组 times 来改变时间戳的， times[0] 修改最后一次访问的时间(access time)， times[1] 修改最后修改的时间(modify time)。该时间数组是由秒和纳秒两个部分组成，数据结构如下：

struct timespec {
time_t tv_sec; /* 秒 */  
long tv_nsec; /* 纳秒 */
};

特别注意：当 times[x].tv_sec = UTIME_OMIT; 相应的时间戳不变， times[x].tv_sec = UTIME_NOW; 相应的时间戳编程当前时间

二、实验步骤 1-设计 main() 函数

main() 完成的工作是从命令行接收参数，并解析选项，设置相应的标志变量，然后调用 mytouch 函数。
main 函数中两个参数是用来接收命令行传进来的参数 int argc, char **argv 。

初始化 ok 、 change_times 、 no_create ：

bool ok = true;
change_times = 0;
no_create = false;

从命令行中得到命令的选项，即以'-'开头的参数。目前只支持三种选型-a, -c, -m，则需给 getopt 传参"acm"即可。代码如下:

while ((c = getopt(argc, argv, "acm")) != -1)

然后根据不同的情况设置不同的标志变量：

switch (c)
    {
    case 'a':
      change_times |= CH_ATIME;
      break;

    case 'c':
      no_create = true;
      break;

    case 'm':
      change_times |= CH_MTIME;
      break;

    default:
      printf("fault option!");

main 函数完整代码如下：

int
main(int argc, char **argv)
{
  int c;
  bool ok = true;
  change_times = 0;
  no_create = false;
  //从命令行中得到命令的选项，即以'-'开头的参数。目前只支持三种选型-a, -c, -m。
  while ((c = getopt(argc, argv, "acm")) != -1)
  {
    switch (c)
    {
    case 'a':
      change_times |= CH_ATIME;
      break;

    case 'c':
      no_create = true;
      break;

    case 'm':
      change_times |= CH_MTIME;
      break;

    default:
      printf("fault option!");
    }
  }

  if (change_times == 0)
    change_times = CH_ATIME | CH_MTIME;
  //当 newtime[0].
  newtime[0].tv_nsec = UTIME_NOW;
  newtime[1].tv_nsec = UTIME_NOW;
  //如果 optind == argc，代表少输入文件名字。
  if (optind == argc)
  {
    printf("missing file operand\n");
  } 
  //针对多个文件名字调用 mytouch 函数
  for (; optind < argc; ++optind)
    ok &amp;= mytouch(argv[optind]);

  exit(ok ? EXIT_SUCCESS : EXIT_FAILURE);
}

三、实验步骤 2-设计 mytouch 函数

mytouch 主要实现创建文件和更改文件的两种之间的功能。创建文件代码如下：

对于 open 函数来说， file 是用户输入的文件名字。 O_CREAT | O_WRONLY 代表该函数的选项是文件不存在则创建和只写打开。最后一个参数指定创建的文件是权限是所有用户可读可写。

fd = open(file, O_CREAT | O_WRONLY, MODE_RW_UGO);

修改文件的时间戳使用如下代码：

对于 utimensat 函数来说，第一个参数 AT_FDCWD 指定创建文件的路径是当前工作目录。第二个参数 file 指定要修改的时间戳文件名。第三个参数 newtime 指定修改的具体时间值。最后一个参数默认为 0。

utimensat(AT_FDCWD, file, newtime, 0)

mytouch 函数具体的函数逻辑如下：

该函数首先判断 no_create 是否为假，若为假，则创建文件。然后检测 change_times 的值，并根据其值做相关的处理。

完整的实现代码：

static bool
mytouch(const char *file)
{
  bool ok;
  int fd = -1;
  if (!no_create)
  {
    fd = open(file, O_CREAT | O_WRONLY, MODE_RW_UGO);
  }
  //在主函数中，如果没有检测到（-a）（-m），则 change_times == (CH_ATIME | CH_MTIME)，\
  否则按照选项只用改变其中一个时间戳。
  if (change_times != (CH_ATIME | CH_MTIME))
  {
    //只设定其中一个时间值。
    if (change_times == CH_MTIME)
      //如果 change_times == CH_MTIME，即（-m）,将对应的修改 access time\
      的 timespec 结构的 tv_nsec 设置为 UTIME_OMIT;参考 utimensat 函数的用法
      newtime[0].tv_nsec = UTIME_OMIT;
    else
      //如果 change_times == CH_MTIME，即（-a）,将对应的修改 modify time\
      的 timespec 结构的 tv_nsec 设置为 UTIME_OMIT;参考 utimensat 函数的用法
      newtime[1].tv_nsec = UTIME_OMIT;
  }
    //AT_FDCWD 表示当前工作目录。
    ok = (utimensat(AT_FDCWD, file, newtime, 0) == 0);
  return true;
}

四、实验步骤 3-编译并测试

4.1 编译程序

首先要编译源程序。在实验楼环境中，采用 gcc 编译器，生成名字为 mytouch 的可执行文件，具体命令如下：

4.2 测试 mytouch

创建名字为 shiyanlou 的文件。并且查看该文件的状态，注意到最近访问时间、最近更改时间和最近改动时间均是执行 mytouch 的时间。具体命令如下：

测试-a 选项

测试-m 选项

测试-c 选项

五、实验总结

本实验涉及的知识点包括文件 IO 相关的系统调用函数： open ， utimensat ， getopt 等。完成本实验可以对 UNIX 文件系统及文件系统 IO 操作有深入的了解。

本项目完整代码：

#include <stdio.h>
#include <getopt.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/stat.h>

#define CH_ATIME 1
#define CH_MTIME 2

//定义创建文件时的模式，此处对用户，组，其他设置的权限都是可读可写。
#define MODE_RW_UGO (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH)

//标志文件 access time 和 modify time 的改变情况
static int change_times;

// 如果有(-c) 选项，并且不存在命令行中输入的文件名，则不创建 
static bool no_create;

//当设置新的 access time 和 modify time 的时候使用
static struct timespec newtime[2];

//mytouch 命令核心的核心模块，用于创建或者更新文件的时间戳。
static bool
mytouch(const char *file)
{
  bool ok;
  int fd = -1;
  if (!no_create)
  {
    fd = open(file, O_CREAT | O_WRONLY, MODE_RW_UGO);
  }
  //在主函数中，如果没有检测到（-a）（-m），则 change_times == (CH_ATIME | CH_MTIME)，\
  否则按照选项只用改变其中一个时间戳。
  if (change_times != (CH_ATIME | CH_MTIME))
  {
    //只设定其中一个时间值。
    if (change_times == CH_MTIME)
      //如果 change_times == CH_MTIME，即（-m）,将对应的修改 access time\
      的 timespec 结构的 tv_nsec 设置为 UTIME_OMIT;参考 utimensat 函数的用法
      newtime[0].tv_nsec = UTIME_OMIT;
    else
      //如果 change_times == CH_MTIME，即（-a）,将对应的修改 modify time\
      的 timespec 结构的 tv_nsec 设置为 UTIME_OMIT;参考 utimensat 函数的用法
      newtime[1].tv_nsec = UTIME_OMIT;
  }
    //AT_FDCWD 表示当前工作目录。
    ok = (utimensat(AT_FDCWD, file, newtime, 0) == 0);
  return true;
}

int
main(int argc, char **argv)
{
  int c;
  bool ok = true;
  change_times = 0;
  no_create = false;
  //从命令行中得到命令的选项，即以'-'开头的参数。目前只支持三种选型-a, -c, -m。
  while ((c = getopt(argc, argv, "acm")) != -1)
  {
    switch (c)
    {
    case 'a':
      change_times |= CH_ATIME;
      break;

    case 'c':
      no_create = true;
      break;

    case 'm':
      change_times |= CH_MTIME;
      break;

    default:
      printf("fault option!");
    }
  }

  if (change_times == 0)
    change_times = CH_ATIME | CH_MTIME;
  //当 newtime[0].
  newtime[0].tv_nsec = UTIME_NOW;
  newtime[1].tv_nsec = UTIME_NOW;
  //如果 optind == argc，代表少输入文件名字。
  if (optind == argc)
  {
    printf("missing file operand\n");
  } 
  //针对多个文件名字调用 mytouch 函数
  for (; optind < argc; ++optind)
    ok &amp;= mytouch(argv[optind]);

  exit(ok ? EXIT_SUCCESS : EXIT_FAILURE);
}

五、作业

在该代码的基础上实现 touch 命令的 -r ， -d 等选项。

参考文档

• 《UNIX 环境高级编程》
• 《UNIX 程序员手册》