下面我将为你详细解析 dd 命令的源码，包括其核心思想、关键代码片段、以及一个完整的、可编译的简化版实现。
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dd 的核心思想
dd 命名的由来据传是 "Data Description"（数据描述）或 "Disk Dump"（磁盘转储），它的核心功能就像一个“超级拷贝”命令，其工作流程可以概括为：
- 从输入源 读取数据：输入源可以是一个文件、一个设备（如磁盘、分区）、标准输入等。
- 对数据进行转换：根据用户指定的
conv=...参数，对读取到的数据进行处理，例如转换大小写（ucase,lcase）、去除回车符（unblock）等。 - 将数据写入输出目标：输出目标可以是一个文件、一个设备、标准输出等。
- 统计并报告：记录并显示复制了多少个输入和输出块，以及处理了多少字节。
其行为主要由以下三个核心参数控制：
if=INPUT_FILE：输入文件。of=OUTPUT_FILE：输出文件。bs=BLOCK_SIZE：块大小。count=NUMBER：总共要复制的块数量。
官方源码位置与结构
dd 命令是 GNU Coreutils 包的一部分，它的源代码可以在官方的 Git 仓库中找到：
- Git 仓库:
https://sourceware.org/git/?p=coreutils.git;a=tree;h=HEAD dd的源码目录:coreutils/src/dd.c
dd.c 这个文件非常长（超过 4000 行），因为它包含了大量的转换选项和错误处理逻辑，但其核心逻辑是清晰和简洁的。
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核心逻辑解析 (伪代码与关键函数)
我们来看一下 dd 命令执行流程的核心逻辑，这部分代码通常在 main 函数中。
1. 参数解析
dd 使用 getopt_long 来解析命令行参数，它不像大多数命令那样使用 开头的短选项，而是直接使用 key=value 的形式（if=/dev/zero），在代码中，这些参数被解析并存储在一个全局的结构体 struct dd 中。
// 伪代码：main 函数的开头
int main (int argc, char **argv)
{
// ... 初始化 ...
// 循环解析所有命令行参数
while (1)
{
int c = getopt_long (argc, argv, "", longopts, NULL);
if (c == -1)
break;
switch (c)
{
case IF: // if=...
input_file = optarg;
break;
case OF: // of=...
output_file = optarg;
break;
case BS: // bs=...
block_size = atoi(optarg);
break;
case COUNT: // count=...
copy_count = atoi(optarg);
break;
// ... 其他 conv= 等参数的处理 ...
}
}
// ... 调用核心处理函数 ...
}
2. 核心循环
这是 dd 的心脏，它不断地执行“读-转换-写”的循环，直到满足退出条件（读取到文件末尾，或者达到了 count 指定的块数）。
// 伪代码：核心处理逻辑
void process_data (void)
{
// 1. 打开输入和输出文件
int ifd = open (input_file, O_RDONLY | O_BINARY);
int ofd = open (output_file, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC | O_BINARY, 0666);
// 分配一个缓冲区，大小由 bs= 参数决定
char *buffer = (char *) malloc (block_size);
ssize_t bytes_read;
long blocks_processed = 0;
// 2. 核心循环
while (1)
{
// 2.1. 从输入文件读取一个块
bytes_read = read (ifd, buffer, block_size);
// 检查是否读取失败或到达文件末尾
if (bytes_read < 0)
{
// 错误处理
perror ("read");
break;
}
if (bytes_read == 0)
{
// 文件结束，正常退出循环
break;
}
// 2.2. (可选) 数据转换
// if (conv_flags & CONV_UCASE) convert_to_uppercase(buffer, bytes_read);
// ... 其他转换逻辑 ...
// 2.3. 将数据写入输出文件
ssize_t bytes_written = write (ofd, buffer, bytes_read);
// 检查写入是否成功
if (bytes_written < 0)
{
// 错误处理
perror ("write");
break;
}
if (bytes_written != bytes_read)
{
// 处理写入不完整的情况（例如磁盘已满）
error(EXIT_FAILURE, 0, "Short write");
}
// 2.4. 更新统计信息
blocks_processed++;
total_in += bytes_read;
total_out += bytes_written;
// 2.5. 检查是否达到了 count= 指定的块数
if (copy_count > 0 && blocks_processed >= copy_count)
{
break;
}
}
// 3. 清理资源
close (ifd);
close (ofd);
free (buffer);
// 4. 打印最终的统计信息
print_stats();
}
一个简化的、可编译的 dd 源码示例
下面是一个简化版的 dd 实现，它只支持 if=, of=, bs=, count= 这四个基本功能，并且没有数据转换，这个版本清晰地展示了 dd 的核心工作原理，你可以直接保存为 mydd.c 并编译运行。
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
// 打印使用说明
void usage(const char *prog_name) {
fprintf(stderr, "Usage: %s if=<input_file> of=<output_file> [bs=<block_size>] [count=<num_blocks>]\n", prog_name);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 打印统计信息
void print_stats(long total_in, long total_out, long blocks) {
fprintf(stderr, "%ld+0 records in\n", blocks);
fprintf(stderr, "%ld+0 records out\n", blocks);
fprintf(stderr, "%ld bytes (%.2f MB) copied, ", total_in, (double)total_in / (1024 * 1024));
fprintf(stderr, "%.2f s, ", 0.0); // 简化版，不计算时间
fprintf(stderr, "%.2f MB/s\n", 0.0); // 简化版，不计算速度
}
int main(int argc, char *argv[]) {
const char *input_file = NULL;
const char *output_file = NULL;
size_t block_size = 4096; // 默认块大小 4KB
long copy_count = -1; // -1 表示复制整个文件
long blocks_processed = 0;
long total_in = 0, total_out = 0;
// 1. 解析命令行参数
for (int i = 1; i < argc; i++) {
if (strncmp(argv[i], "if=", 3) == 0) {
input_file = argv[i] + 3;
} else if (strncmp(argv[i], "of=", 3) == 0) {
output_file = argv[i] + 3;
} else if (strncmp(argv[i], "bs=", 3) == 0) {
block_size = atoi(argv[i] + 3);
} else if (strncmp(argv[i], "count=", 6) == 0) {
copy_count = atol(argv[i] + 6);
} else {
usage(argv[0]);
}
}
if (!input_file || !output_file) {
usage(argv[0]);
}
// 2. 打开文件
int ifd = open(input_file, O_RDONLY);
if (ifd == -1) {
perror("open input file");
exit(EXIT_FAILURE);
}
int ofd = open(output_file, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (ofd == -1) {
perror("open output file");
close(ifd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 3. 分配缓冲区
char *buffer = (char *)malloc(block_size);
if (!buffer) {
perror("malloc");
close(ifd);
close(ofd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 4. 核心循环：读-写
while (1) {
ssize_t bytes_read = read(ifd, buffer, block_size);
if (bytes_read == 0) { // 文件结束
break;
}
if (bytes_read == -1) { // 读取错误
if (errno == EINTR) continue; // 被信号中断，重试
perror("read");
break;
}
// 写入数据
ssize_t bytes_to_write = bytes_read;
ssize_t bytes_written = write(ofd, buffer, bytes_to_write);
if (bytes_written == -1) {
perror("write");
break;
}
if (bytes_written != bytes_to_write) {
fprintf(stderr, "Short write!\n");
break;
}
// 更新统计
blocks_processed++;
total_in += bytes_read;
total_out += bytes_written;
// 检查是否达到 count 限制
if (copy_count > 0 && blocks_processed >= copy_count) {
break;
}
}
// 5. 清理并打印统计
free(buffer);
close(ifd);
close(ofd);
print_stats(total_in, total_out, blocks_processed);
return EXIT_SUCCESS;
}
如何编译和运行这个简化版 dd:
-
保存代码: 将上面的代码保存为
mydd.c。 -
编译: 打开终端，使用
gcc进行编译。gcc -o mydd mydd.c
-
运行: 创建一个测试文件，然后使用
mydd复制它。# 创建一个 1MB 的测试文件 dd if=/dev/urandom of=testfile bs=1M count=1 # 使用我们的 mydd 复制文件，块大小为 1KB，总共复制 512 个块 (即 512KB) ./mydd if=testfile of=outputfile bs=1K count=512 # 查看结果 ls -lh testfile outputfile ./mydd if=testfile of=outputfile bs=1K count=512 2>&1 # 查看统计信息
高级特性：conv= 参数
官方 dd 的强大之处在于其丰富的 conv= 参数，这些参数的实现通常是在上述核心循环的“数据转换”步骤中完成的。
conv=ucase: 在写入输出文件之前，遍历缓冲区中的每个字节，如果它是小写字母，就转换成大写。conv=lcase: 同理，转换成小写。conv=notrunc: 这是一个特殊选项，它告诉dd如果输出文件已存在，不要截断它，这通常通过在open输出文件时不使用O_TRUNC标志来实现。conv=sync: 如果读取的块大小小于bs指定的大小（读取到文件末尾），则用空字节（\0）填充缓冲区的剩余部分，确保每次write操作都写入一个完整的块。
dd 的源码虽然完整版很复杂，但其核心设计非常优雅和高效：
- 简单而强大的模型：一个循环，不断地执行“读-处理-写”。
- 直接与系统交互：直接使用
open,read,write,close等系统调用，最小化了开销。 - 参数驱动：通过命令行参数灵活控制输入、输出、块大小和转换规则，使其成为一个极其通用的工具。
通过阅读和理解 dd 的源码，你可以深入掌握文件 I/O、内存管理、命令行参数处理以及错误处理等 Unix/Linux C 编程的核心概念。
