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Linux who命令实现：文件读写与系统编程实践

news 2026/5/31 12:56:39

1. 从零实现Linux who命令：深入理解文件读写与系统编程

作为一个常年与Linux打交道的开发者，我始终认为理解系统命令的实现原理是提升编程能力的最佳途径。今天我们就来解剖who这个看似简单却内涵丰富的命令，通过亲手实现它来掌握Linux文件操作的核心机制。

在终端输入who命令时，系统会列出当前所有登录用户的信息。这背后其实是一个典型的文件读取过程 - who程序通过解析/var/run/utmp这个特殊文件来获取登录信息。下面我将带您从内核数据结构到实际代码，一步步构建我们自己的who实现。

2. 理解utmp文件结构

2.1 utmp文件的作用与位置

Linux系统通过两个关键文件记录用户登录信息：

/var/run/utmp：记录当前登录用户会话
/var/log/wtmp：记录历史登录信息（需要root权限访问）

这些文件不是普通文本文件，而是由固定大小的二进制记录组成。每个登录会话对应一条记录，存储在utmp结构体中。我们可以通过查看/usr/include/utmp.h头文件来了解其定义：

#define UT_NAMESIZE 32 #define UT_LINESIZE 32 struct utmp { short ut_type; // 记录类型 pid_t ut_pid; // 进程ID char ut_line[UT_LINESIZE]; // 终端设备名 char ut_user[UT_NAMESIZE]; // 用户名 struct timeval ut_tv; // 时间戳 // ...其他字段省略 };

2.2 关键字段解析

特别需要注意ut_type字段，它决定了记录的类型：

USER_PROCESS(7)：普通用户登录会话
BOOT_TIME(2)：系统启动记录
DEAD_PROCESS(8)：已终止的会话

实际编程时我们发现，utmp文件中包含各种类型的记录，但who命令只显示USER_PROCESS类型的记录。这是第一个需要处理的细节。

3. 实现文件读取逻辑

3.1 文件操作三部曲

Linux文件操作遵循经典的三步模式：

open() - 打开文件获取文件描述符
read() - 循环读取数据
close() - 释放资源

#include <fcntl.h> #include <unistd.h> int main() { int fd = open("/var/run/utmp", O_RDONLY); if(fd == -1) { perror("open utmp failed"); return 1; } struct utmp record; while(read(fd, &record, sizeof(record)) == sizeof(record)) { // 处理每条记录 } close(fd); return 0; }

3.2 读取过程中的关键细节

文件打开模式必须使用O_RDONLY，因为utmp文件通常不允许写入
read()的返回值需要严格检查，它可能小于请求的字节数
每次读取的字节数必须精确等于sizeof(struct utmp)，否则记录会错位

我在实际测试中发现，如果read长度参数不正确，会导致后续所有记录解析错误。这是一个典型的二进制文件处理陷阱。

4. 完善信息显示功能

4.1 过滤无效记录

根据ut_type字段过滤掉非用户会话记录：

void show_info(struct utmp *ut) { if(ut->ut_type != USER_PROCESS) return; printf("%-8s %-8s", ut->ut_user, ut->ut_line); // 显示其他信息... }

4.2 时间格式转换

utmp中存储的时间是从1970年1月1日开始的秒数（time_t），需要转换为可读格式：

#include <time.h> void show_time(time_t tv) { struct tm *tm = localtime(&tv); printf("%04d-%02d-%02d %02d:%02d", tm->tm_year+1900, tm->tm_mon+1, tm->tm_mday, tm->tm_hour, tm->tm_min); }

注意：tm_year是从1900年开始的年数，tm_mon从0开始计数，这些细节容易出错。

5. 完整实现代码

以下是经过优化的完整实现：

#include <stdio.h> #include <utmp.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <time.h> #include <stdlib.h> #define SHOW_HOSTNAME 1 void show_time(time_t tv) { struct tm *tm = localtime(&tv); printf("%04d-%02d-%02d %02d:%02d", tm->tm_year+1900, tm->tm_mon+1, tm->tm_mday, tm->tm_hour, tm->tm_min); } void show_info(struct utmp *ut) { if(ut->ut_type != USER_PROCESS) return; printf("%-8s %-8s ", ut->ut_user, ut->ut_line); show_time(ut->ut_tv.tv_sec); #if SHOW_HOSTNAME if(ut->ut_host[0] != '\0') printf(" (%s)", ut->ut_host); #endif putchar('\n'); } int main() { int fd = open(UTMP_FILE, O_RDONLY); if(fd == -1) { perror(UTMP_FILE); exit(1); } struct utmp rec; while(read(fd, &rec, sizeof(rec)) == sizeof(rec)) { show_info(&rec); } close(fd); return 0; }

编译与测试：