20191305李天琦七、八章学习笔记
20191305李天琦七、八章学习笔记
第七章 文件操作
摘要：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/0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。
7.1文件操作级别
（1）硬件级别：硬件级别的文件操作包括：
Fdisk：将磁盘、U盘或SDC盘分区。
mkfs：格式化磁盘分区，为系统做好准备。
fsck：检查和维修系统。
碎片整理：压缩文件系统中的文件。
（2）操作系统内核中的文件系统函数：
每个操作系统内核均可为基本文件操作提供支持。
（3）系统调用
用户模式程序使用系统调用来访问内核函数
open（）、read（）、lseek（）和close（）函数都是c语言库函数，每个库函数都会发出一个系统调用，使进程进入内核模式来执行相应的内核函数，例如open可以进入kopen（），read可进入kread（）函数等。
（4）I/O库函数
系统调用可让用户读/写多个数据块,这些数据块只是一系列字节。用户通常需要读/写单独的字符、行或数据结构记录等。如果只有系统调用,用户模式程序则必须自己从缓冲区执行这些操作。大多数用户会认为这非常不方便。为此,C语言库提供了一系列标准的I0函数,同时也提高了运行效率。
I/O库函数包括：
FILE mode I/O：fopen（），fread（）；fwrite（），fseek（），fclose（），fflush（）
char mode I/O：getc（），getchar（） ugetc（）；putc（），putchar（）
line mode I/O：gets（），fgets（）；puts（），fputs（）
formatted I/O：scanf（），fscanf（），scanf（）；printf（），fprintf（），sprintf（）除了读/写内存位置的sscanf（）/sprintf（）函数之外，所有其他I/O库函数都建立在系统调用之上，它们会最终通过系统内核发出实际数据传输的系统调用。
（5）用户命令
用户可以使用Unix/Linux命令来执行文件操作，而不是编写程序。
（6）sh脚本
必须要手动输入命令。sh脚本是用sh编程语言编写的程序，可通过命令解释程序sh来执行。sh语言包含所有的有效Unix/Linux命令，它还支持变量和控制语句，如if、do、for、while、case等。
7.2文件I/O操作
（1）用户模式下的程序执行操作
FILE *fp = fopen（“file”,”r”）;or FILE *fp = fopen(“file”,”w”);可以打开一个读/写文件流。
（2）fopen（）在用户（heap）空间中创建一个FILE结构体，包含一个文件描述符fd、一个fbuf[BLKSIZE]和一些控制变量。
（3）fread（ubuf，size，nitem，fp）：将nitem个size字节读取到ubuf上。
（4）内核中的文件系统函数
假设非特殊文件的read（fd，fbuf[]，BLKSIZE）系统调用。
（5）在read()系统调用中，fd是一个打开的文件描述符，它是运行进程的fd数组中的一个索引，指向一个表示打开文件的OpenTable。
（6）OpenTable包含文件的打开模式、一个指向内存中文件INODE的指针和读/写文件的当前字节偏移量。
（7）设备I/O：
I/O缓冲区上的物理I/O最终会仔细检查设备驱动程序，设备驱动程序由上半部分的start_io()和下半部分的磁盘中断处理程序组成。
7.3低级别文件操作
（1）分区
一个块存储设备，如硬盘、U盘、SD卡等，可以分为几个逻辑单元，称为分区。各分区均可以格式化为特定的文件系统，也可以安装在不同的操作系统上。大多数引导程序，如GRUB\LILO等，都可以配置为从不同的分区引导不同的操作系统。分区表位于第一个扇区的字节偏移446（0xLBE）处，该扇区称为设备的主引导记录（MBR）。表有4个条目，每个条目由一个16字节的分区结构体定义。
struct partition {
u8 drive;
u8 head;
u8 sector;
u8 cylinder;
u8 sys_type;
u8 end_head;
u8 end_sector;
u8 end_cylinder;
u32 start_sector;
u32 nr_sectors;
};
（2）格式化分区
（3）挂载分区
（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
（2）在vdisk上运行fdisk来创建一个分区P1:
Fdisk vdisk
（3）使用扇区数在vdisk的分区1上创建一个循环设备：
Losetup -o （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
（2）在vdisk上运行fdisk来创建一个分区P1:
Fdisk vdisk
（3）使用扇区数在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
（4）格式化/dev/loopl，它是一个EXT2文件系统：
Mke2fs -b 4096 /dev/loop1 7936
（5）挂载循环设备：
Mount /dev/loop1c/ mnt
（6）访问作为文件系统一部分的挂在设备：
(cd /mnt; mkdir bin boot dev etc user)
（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/loop1 (expr 2048 * 512) --sizelimit $(expr 65535 * 512) /dev/loopl vdisk
（4）格式化/dev/loopl，它是一个EXT2文件系统：
Mke2fs -b 4096 /dev/loop1 7936
（5）挂载循环设备：
Mount /dev/loop1c/ mnt
（6）访问作为文件系统一部分的挂在设备：
(cd /mnt; mkdir bin boot dev etc user)
（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/loop1
7.4EXT2文件系统简介
（1）EXT2文件系统数据结构
（2）超级块
（3）块组描述符
（4）位图
第八章 使用系统调用进行文件操作
摘要：本章论述了如何使用系统调用进行文件操作;解释系统调用的作用和 Linux的在线手册页;展示了如何使用系统调用进行文件操作;列举并解释了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s的程序来显示目录内容和文件信息;接着,讲解了pen- -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文件复制程序,其行为类似于一个化的 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 statO、openrad()、 writef()系统调用进行文件操作。
8.1系统调用
在操作系统中,进程以两种不同的模式运行,即内核模式和用户模式,简称KMode和UMode。在 UMode中,进程的权限非常有限。它不能行任何需要特殊权限的操作。特殊权限的操作必须在KMode下执行。系统调用(简称syscall))是一种允许进程进入KMode以执行UMode不允许操作的机制。复刻子进程、修改执行映像,甚至是终止等操作都必须在内核中执行。
8.2系统调用手册页
8.3使用系统调用进行文件操作
系统调用必须由程序发出。他们的用法就像普通函数调用一样。每个系统调用都是一个库函数，它汇集系统调用参数，并最终向操作系统内核发出一个系统调用。
链接文件
硬链接文件命令：
In oldpath newpath
软连接文件命令：
in -s oldpath newpath
open-close-lseek系统调用
open：打开一个文件进行读、写、追加
close：关闭打开的文件描述符
read：读取打开的文件描述符
write：写入打开的文件描述符
lseek：将文件描述符的字节偏移量重新定位成偏移量
umask：设置文件创建掩码；文件权限（mask&~umask）
