20191317王鹏宇第七，八章学习笔记

第七章：文件操作

知识点归纳总结：

本章讨论了多种文件系统；解释了操作系统中的各种操作级别，包括为文件存储准备存储设备、内核中的文件系统支持函数、系统调用、文件流上的I/O库函数、用户命令和各种 操作的sh脚本；系统性概述了各种操作，包括从用户空间的文件流读/写到内核空间的系统 调用，直到底层的设备I/O驱动程序级别；描述了低级别的文件操作，包括磁盘分区、显示分区表的示例程序、文件系统的格式化分区以及挂载磁盘分区；介绍了 Linux系统的EXT2 文件系统，包括EXT2文件系统的系统数据结构、显示超级块、组描述符、块和索引节点位 图以及目录内容的示例程序。编程项目将本章中讨论的EXT2/3文件系统和编程技术集中到 一个程序中，将路径名转换为索引节点并打印它们的信息。

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其中让我最有收获的几个部分如下：

• 操作系统内核中的文件系统函数
• 系统调用
• 文件I/O操作
• 低级别文件操作

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文件系统函数：
kmount (),kumount()：(mount/umount file systems)
kmkdir (),krmdir ()：(make/remove directory)
kchdir(),kgetcwd():(change directory, get CWD pathname)
klink(),kunlink() : (hard link/unlink files)
kchmod (),kchown(), kutime()：(change r|w|x permissions,owner,time)
kcreat()，kopen() ：(create/open file for R,W,RW,APPEND)
kread(),kwrite() ：(read/write opened files)
klseek();kclose()：(Iseek/close file descriptors)
ksyralink(), kreadlink()：(create/read symbolic link files)
kstat (), kfstat()/ klstat()：(get file status/infoirmation)
kopendir (), kreaddir ()：(open/read directories)

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sh-linux命令：

• open:打开文件 (man 2 open 查看)

int open(const char *pathname, int flags); //pathname文件名(路径)；flags打开模式，有O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); //该函数一般用于创建新文件，flags添加O_CREAT，比如：O_RDWR|O_CREAT
int creat(const char *pathname, mode_t mode); //创建新文件，mode权限说明，比如0644(八进制，取反后和umask做与运算得到真正结果)
返回值：成功返回文件描述符fd，失败返回-1 。

举例说明：

int fd = open("test.txt", O_WRONLY); //只写的方式打开test.txt，返回文件描述符

• read文件读取 (man 2 read 查看)

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); //ssize_t有符号整数；fd文件描述符；buf传出参数，读取的内容就在buf里；count表示buf的长度
返回值：大于0表示读取的字节数，等于0表示读取完，-1表示读取失败

• write文件写入 (man 2 write 查看)

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); //buf需要写入的内容，count需要写入的内容的长度；ssize_t有符号整数；size_t无符号整数
返回值：大于表示写入的字节数，0表示没有写入任何数据，-1表示写入失败

• lseek移动文件指针 (man 2 lseek 查看)

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence); //fd文件描述符，offset移动偏移量，whence移动参考点
whence的三个取值：SEEK_SET文件开始位置，SEEK_CUR表示指针当前位置，SEEK_END文件结束位置
返回值：大于等于0表示离文件开始处的偏移量，-1表示失败

• stat获取一个文件的信息 (man 2 stat 查看)
  int stat(const char *path, struct stat *buf); //path文件路径；buf传出参数，获取的文件信息就在buf里面
  int fstat(int fd, struct stat *buf); //fd文件描述符
  int lstat(const char *path, struct stat *buf); //lstat和stat的区别只在于符号链接文件，lstat读取符号链接文件，stat读取符号链接对应的源文件
  返回值：成功返回0；失败返回-1 。

• access检查文件权限 (man 2 access 查看)

int access(const char *pathname, int mode); //pathname文件名称，mode权限
返回值：所有权限被允许返回0；只要有一个权限不允许的就返回-1，错误也是返回-1；
mode的值说明：要不是F_OK ：表示文件是否存在，要不是R_OK | W_OK | X_OK ，可以是一个或者多个，多个之间按位与；R_OK是否可读，W_OK是否可写，X_OK是否可执行

• chmod改变文件权限

int chmod(const char *path, mode_t mode); //path文件路径；mode_t整数，mode权限，必须是一个八进制数，或者使用预定义宏，具体查看man手册
int fchmod(int fd, mode_t mode); //fd文件描述符
返回值：成功返回0；失败返回-1 。

• rename文件重命名

int rename(const char *oldpath, const char *newpath); //oldpath原文件，newpath新的文件
返回值：成功返回0；失败返回-1 。

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教材实践：磁盘分区

（I ）在Linux下，例如Ubuntu,创建一个名为mydisk的虚拟磁盘映像文件。
dd ifa/dev/zero of=mydisk bs=1024 count=1440
dd是一个将1440（ 1KB）个0字节块写入目标文件mydisk的程序。我们选择count=1440, 因为它是旧软盘的1KB字节块的数量。必要时，读者可指定更大的库编号。

（2 ）在磁盘映像文件上运行fdisk：
fdisk mydisk

实践内容：挂载分区：

man 8 losetup:显示用于系统管理的losetup实用工具命令：
(1 )用dd命令创建一个虚拟磁盘映像：
dd if=/dev/zero of=vdisk bs=1024 count=32768 #32K (1KB) blocks

(2 )在vdisk上运行fdisk来创建一个分区Pl:
fdisk vdisk
输入n(new)命令，使用默认的起始和最后扇区编号来创建一个分区Pl。然后，输入 w命令将分区表写入vdisk并退出fdisko vdisk应包含一个分区Pl [start=2048, end=65535]0 该分区的大小是63488个扇区。

(3)使用以下扇区数在vdisk的分区1上创建一个循环设备：
losetup -o $(expr 2048 * 512) --sizelimit $(expr 65535 * 512) /dev/loopl vdisk
losetup需要分区的开始字节(start_sector512)和结束字节(end_sector512 )。读者可手动 计算这些数值，并在losetup命令中使用它们。可用类似方法设置其他分区的循环设备。循 环设备创建完成后，读进程可以使用命令
losetup -a
将所有循环设备显示为/dev/loopNo
这里第三步出现了问题，在openeuler系统上无法创建回环设备，具体报错如下：

这时我们使用losetup -a指令可以查看在使用中的循环设备，使用losetup -f可以查看空闲的循环设备才发现是权限问题，于是在指令前加上sudo:

可以看出，成功创建回环设备

(4 )格式化/dev/】oopl,它是一个EXT2文件系统：
mke2fs -b 4096 /dev/loopl 7936 （mke2fs with 7936 4KB blocks）
该分区的大小是63488个扇区。4KB块的扇区大小是63488 / 8=7936。

(5)挂载循环设备：
mount /dev/loopl /mnt # mount as loop device
(6 )访问作为文件系统一部分的挂载设备：
(cd /mnt; mkdir bin boot dev etc user) # populate with DIRs

可以通过fdisk命令查看挂载分区：

(7) 设备使用完毕后，将其卸载。
umount /mnt
(8) 循环设备使用完毕后，通过以下命令将其断开：
losetup -d /dev/loopl # detach a loop device.

实践内容：教材实例编程：
代码：

/*********** superblock.c program ************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/io.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>
// Cypedef u8, ul6, u32 SUPER for convenience typedef typedef typedef
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short ul6;
typedef unsigned int u32;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
SUPER *sp;
char buf[1024];
int fd, blksize, inodesize;
int print(char *s, u32 x)
{
    printf("%-30s = %8d
", s, x);
}
int super(char *device)
{
    fd = open(device, O_RDONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        printf("open %s failed
", device); 
        exit(1);
    }
    lseek(fd, (long)1024*1, 0);	// block 1 or offset 1024
    read(fd, buf, 1024);
    sp = (SUPER *)buf;	// as a super block structure
    // check for EXT2 FS magic number锟斤拷
    printf("%-30s = %8x ", "s_magic", sp->s_magic);
    if (sp->s_magic != 0xEF53)
    {
        printf("NOT an EXT2 FS
"); exit(2);
    }
    printf("EXT2 FS OK
"); 
    print("s_inodes_count",  sp->s_inodes_count);
    print("s_blocks _count", sp->s_blocks_count); 
    print("s_r_blocks_count", sp->s_r_blocks_count);
    print("s_free_inodes_count", sp->s_free_inodes_count);
    print("s_free_blocks_count", sp->s_free_blocks_count);
    print("s_first_data_blcok", sp->s_first_data_block); 
    print("s_log_block_s i z e", sp->s_log_block_size);
    print("s_blocks_per_group", sp->s_blocks_per_group); 
    print("s_inodes_per_group", sp-> s_inodes_per_group); 
    print("s_mnt_count", sp->s_mnt_count);
    print("s_max_mnt_count", sp-> s_max_mnt_count);
 
    printf("%-30s = %8x
", "s_magic", sp->s_magic); 
    printf ("s_mtime = %s", ctime (&sp->s_mtime)); 
    printf ("s_wtime = %s", ctime (&sp->s_wtime)); 
    blksize = 1024 * (1 << sp->s_log_block_size);
    printf("block size = %d
", blksize);
    printf("inode size = %d
", sp->s_inode_size);
}

char *device = "mydisk";	// default device name
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc>1)
        device = argv[1];
    super(device);
}

实践截图：

我对openeuler系统的评价是：都不用，各种依赖没有就算了，装也装不上，教材代码更是跟openeuler系统绝配，代码各种头文件缺失，ok可以装，但是openeuler系统装不上，怎么办呢？看教材指令：sudo apt—get install ext2fs-dev。非常好，指令是废的，怎么办呢？我又通过vscode中vcpkg指令下载好，再挪到/usr/include文件夹中，这次头文件终于可以识别到了，问题又来了，这么多警告无法识别函数，怎么办呢？原来又是教材代码缺失头文件，继续添加头文件，但是警告总是消不掉，调试了一个晚上加一个早上，放弃了，我指定是不行了。

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第八章：使用系统调用进行文件操作

知识点归纳总结：

本章论述了如何使用系统调用进行文件操作；解释了系统调用的作用和Linux的在线手 册页；展示r如何使用系统週用进行文件操作；列举并解释r文件操作中最常用的系统调用； 阐明了硬链接和符号链接文件；具体解释了 Stat系统调用；基于stat信息，开发了一个类似 于Is的程序来显示目录内容和文件信息；接着，讲解了 open-close-lseek系统调用和文件描 述符；然后，展示了如何使用读写系统调用来读写文件内容；在此基础上，说明了如何使用 系统调用来显示和复制文件；还演示了如何开发选择性文件复制程序，其行为类似于一个 简化的Linux dd实用程序。编程项目使用Linux系统调用来实现C程序，该程序将目录递 归复制到目标中。该项目的目的是让读者练习程序的分层结构设计，并利用stat()、open。、 read。、write。系统调用进行文件操作。

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其中让我最有收获的几个部分如下：

• 操作系统内核中的文件系统函数
• 系统调用函数
• 链接文件
• stat系统调用

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简单的系统调用：
access：检査对某个文件的权限

int access(char •pathname, int mode);

chdir：更改目录

int chdir(const char *path);

chmod：更改某个文件的权限

int chmod(char *path, mode_t mode);

chown：更改文件所有人

int chown(char *name, int uid, int gid);

chroot：将(逻辑)根目录更改为路径名

int chroot (char *patiiname);

getcwd：获取CWD的绝对路径名

char *getcwd(char *buf, int size);

mkdir：创建目录

int mkdir(char *pathname, mode_t mode);

rmdir：移除目录(必须为空)

int rmdir (char *pathname);

link：将新文件名硬链接到旧文件名

int link(char *oldpath, char *newpath);

unlink：减少文件的链接数；如果链接数达到0,则删除文件

int uniink(char *pathname);

symlink：为文件创建一个符号链接

int symliak(char *oldpath, char *newpath);

rename:更改文件名称

int rename(char *oldpath, char *newpath)

utime:更改文件的访问和修改时间

int utime(char *pathname, struct utimebuf *time)

以下系统调用需要超级用户权限:
mount：将文件系统添加到挂载点目录上

int mount(char *specialfile, char *mountDir)/

umount：分离挂载的文件系统

int umount(char *dir);

mknod：创建特殊文件

int mknod(char *path, int mode, int device);

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实践内容：教材实例编程：
代码：

/*****C8.1.C file ************/
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main()
{
    char buf[256], *s;
    int r;
    r = mkdir("newdir", 0766); // mkdir syscall
    if (r < 0)
        printf ("errno=%d : %s
"  ,errno, strarror (errno));
    r = chdir("newdir");	//cd into newdlr
    s = getcwd(buf, 256);	// get CWD string into buf[]
    printf ("CWD = %s
", s);
}

实践截图：

实践内容：教材练习8.1：
代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <unistd.h>
struct stat mystat, *sp;
char *t1 = "xwrxwrxwr------";
char *t2 = "---------------";

int ls_file(char *fname)
{
    struct stat fstat, *sp;
    int r, i;
    char ftime[64];
    sp = &fstat;
    if ( (r = lstat(fname, &fstat)) < 0)
    { 
        printf("can* t stat %s
", fname); 
        exit(1);
    }
    if ((sp->st_mode & 0xF000)==0x8000) // if (S_ISREG())
        printf("%c",'-');
    if ((sp->st_mode &	0xF000)==0x4000) // if (S_ISDIR())
        printf("%c",'d');
    if ((sp->st_mode &	0xF000)==0xA000) // if (S_ISLNK())
        printf ("%c",'l');	
    for (i=8; i >= 0; i--)
    {	
        if (sp->st_mode & (1 << i))	// print r|w|x
            printf("%c",t1[i]);	
        else		
            printf("%c",t2[i]);	// or print -
    }
    printf("%4d ",sp->st_nlink);	// link count
    printf("%4d ",sp->st_gid);	// gid
    printf("%4d ",sp->st_uid);	// uid
    printf("%8d ",sp->st_size);	// file size
// print time		
    strcpy(ftime, ctime(&sp->st_ctime)); // print time in calendar form
    ftime[strlen(ftime)	-1] = 0;	// kill 
 at end
    printf("%s	",ftime);
// print name
    printf("%s", basename(fname)); // print file basename
// print -> linkname if symbolic file
    if ((sp->st_mode & 0xF000)== 0xA000)
    {
                // use readlink() to read linkname
    printf(" -> %s", linkname); // print linked name
    }
    printf("
");
}
int ls_dir(char *dname)
{
    // use opendir(), readdir(); then call ls_file(name)
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct stat mystat, *sp = &mystat;
    int r;
    char *filename, path[1024], cwd[256];
    filename = "./";	// default to CWD
    if (argc > 1)
    filename = argv[1];	// if specified a filename
    if (r = Istat(filename, sp) < 0)
    {
        printf("no such file %s
", filename);
        exit(1);
    }
    strcpy(path, filename);
    if (path[0] != '/')
    { 
        getcwd(cwd, 256);
        strcpy(path, cwd); strcat(path, " /") ; strcat(path,filename);
    }
    if (S_ISDIR(sp->st_mode))
        ls_dir(path);
    else
        ls_file(path);
}

这里是教材代码但是暂时还未调试成功，因为缺少了两个函数，但是这里两个函数还未补充完全。