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。
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
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)
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 。
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。
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。
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
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);
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。