【操作系统实验】文件系统

╰半夏微凉° 2022-10-04 15:55 182阅读 0赞

### 文件系统 ###

*  一、 实验目的
 *  二、 实验内容
 *  三、 实验原理
 *  四、 实验中用到的系统调用函数
 *  五、实验要求

**【推荐阅读】**  
[【操作系统实验】内存管理][Link 1]

# 一、 实验目的 #

1、 熟悉Linux文件系统的文件和目录结构，掌握Linux文件系统的基本特征；  
2、 模拟实现Linux文件系统的简单I/O流操作：备份文件。

# 二、 实验内容 #

1、 浏览Linux系统根目录下的子目录，熟悉每个目录的文件和功能；  
2、 设计程序模拟实现Linux文件系统的简单I/O流操作：备份文件。

**环境：** ubuntu操作系统 [Ubuntu下载][Ubuntu]

# 三、 实验原理 #

1、 Linux各种发行版的目录结构基本一致，各个目录简单介绍如下：

> 目录 描述  
> /       根目录  
> /bin    做为基础系统所需要的最基础的命令就是放在这里。比如 ls、cp、mkdir等命令；功能和/usr/bin类似，这个目录中的文件都是可执行的，普通用户都可以使用的命令。  
> /boot   Linux的内核及引导系统程序所需要的文件，比如 vmlinuz initrd.img 文件都位于这个目录中。在一般情况下，GRUB或LILO系统引导管理器也位于这个目录；启动装载文件存放位置，如kernels,initrd,grub。一般是一个独立的分区。  
> /dev    一些必要的设备,声卡、磁盘等。还有如 /dev/null. /dev/console /dev/zero /dev/full 等。  
> /etc    系统的配置文件存放地. 一些服务器的配置文件也在这里；比如用户帐号及密码配置文件；  
>       /etc/opt:/opt对应的配置文件  
>       /etc/X11:Xwindows系统配置文件  
>       /etc/xml:XML配置文件  
>       ……  
> /home    用户工作目录，和个人配置文件，如个人环境变量等，所有的账号分配一个工作目录。一般是一个独立的分区。  
> /lib       库文件存放地。bin和sbin需要的库文件。类似windows的DLL。  
> /media    可拆卸的媒介挂载点，如CD-ROMs、移动硬盘、U盘，系统默认会挂载到这里来。  
> /mnt    临时挂载文件系统。这个目录一般是用于存放挂载储存设备的挂载目录的，比如有cdrom 等目录。可以参看/etc/fstab的定义。  
> /opt     可选的应用程序包。  
> /proc    操作系统运行时，进程（正在运行中的程序）信息及内核信息（比如cpu、硬盘分区、内存信息等）存放在这里。/proc目录伪装的文件系统proc的挂载目录，proc并不是真正的文件系统，它的定义可以参见 /etc/fstab 。  
> /root    Root用户的工作目录  
> /sbin   和bin类似，是一些可执行文件，不过不是所有用户都需要的，一般是系统管理所需要使用得到的。  
> /tmp   系统的临时文件，一般系统重启不会被保存。  
> /usr   包含了系统用户工具和程序。  
>       /usr/bin：非必须的普通用户可执行命令  
>       /usr/include：标准头文件  
>       /usr/lib:/usr/bin/ 和 /usr/sbin/的库文件  
>        /usr/sbin:非必须的可执行文件  
>       /usr/src:内核源码  
>       /usr/X11R6:X Window System, Version 11, Release 6.  
> /srv    该目录存放一些服务启动之后需要提取的数据

2、 Linux的文件结构是单个的树状结构.可以用tree进行展示。文件操作命令见附录1，  
3、 Linux文件系统：Linux 中允许众多不同的文件系统共存，如 ext2, ext3, vfat 等。通过使用同一套文件 I/O 系统 调用即可对 Linux 中的任意文件进行操作而无需考虑其所在的具体文件系统格式；更进一步，对文件的 操作可以跨文件系统而执行。“一切皆是文件”是 Unix/Linux 的基本哲学之一。不仅普通的文件，目录、字符设备、块设备、 套接字等在 Unix/Linux 中都是以文件被对待；它们虽然类型不同，但是对其提供的却是同一套操作界面。  
4、 虚拟文件系统（Virtual File System, 简称 VFS）， 是 Linux 内核中的一个软件层，用于给用户空间的程序提供文件系统接口；同时，它也提供了内核中的一个 抽象功能，允许不同的文件系统共存。系统中所有的文件系统不但依赖 VFS 共存，而且也依靠 VFS 协同工作。为了能够支持各种实际文件系统，VFS 定义了所有文件系统都支持的基本的、概念上的接口和数据 结构；同时实际文件系统也提供 VFS 所期望的抽象接口和数据结构，将自身的诸如文件、目录等概念在形式 上与VFS的定义保持一致。换句话说，一个实际的文件系统想要被 Linux 支持，就必须提供一个符合VFS标准 的接口，才能与 VFS 协同工作。实际文件系统在统一的接口和数据结构下隐藏了具体的实现细节，所以在VFS 层和内核的其他部分看来，所有文件系统都是相同的。  
5、利用C库函数fopen(), fread(), fwrite(), fclose() 来实现简单的文件备份， 即将一个文件的内容拷贝到另一个文件中去。

# 四、 实验中用到的系统调用函数 #

> 1、Ssize\_t read (int fd, void *buf, size\_t count);  
> 会把参数fd所指的文件传送count个字节到buf指针所指的内存中。  
> 若参数count为0，则read（）不会有作用并返回0，返回值为实际读取到的字节数，如果返回0，表示已到达文件尾或是无可读取的数据，此外文件读写位置会随读取到的字节移动。  
> 2、Ssize\_t write (int fd, const void buf, size\_t count);  
> 会把参数buf所指的内存写入count个字节到参数fd所指的文件内。当然，文件读写位置也会随之移动。  
> 3、int open (const char pathname, int flags);  
> 参数pathname指向欲打开的文件路径字符串。  
> 4、int close （int fd）；  
> 当使用完文件后若已不再需要则可使用close （）关闭该文件，而close （）会让数据写回磁盘，并释放该文件所占用的资源。  
> 参数fd为先前由open （）或creat （）所返回的文件描述词。  
> 5、size\_t fwrite（const voidptr，size\_t size，size tnmemb，FILEstream）；fwrite（）用来将数据写入文件流中。  
> 参数stream为已打开的文件指针，参数pr指向欲写入的数据地址，总共写入的字符数以参数size*nmemb来决定。  
> fwrite（）会返回实际写入的nmemb数目。  
> 6、int fclose（FILE*stream）；fclose（）用来关闭先前fopen（）打开的文件。此动作会让缓冲区内的数据写入文件中，并释放系统所提供的文件资源。  
> 7、FILE*fopen（const char"path，const char*mode）；参数path字符串包含欲打开的文件路径及文件名，参数mode字符串则代表着流形态。mode有下列几种形态字符串.  
> 8、Size\_t fread（void*ptr，size\_t size，size\_t nmemb，FILE*stream）；fread（）用来从文件流读取数据。参数stream为已打开的文件指针，参数pr指向欲存放读取进来的数据空间，读取的字符数以参数size*nmemb来决定。  
> fread（）会返回实际读取到的nmemb数目，如果此值比参数nmemb来得小，则代表可能读到了文件尾或有错误发生，这时必须用feof（）或ferror（）来决定发生什么情况。

# 五、实验要求 #

1、 对文件系统命令和库函数要提前熟悉；  
2、 画出备份文件的过程图；  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80ODU1NzQ5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
代码

//fopen(), fread(), fwrite(), fclose()
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <stdbool.h>
    void main()
    { 
    FILE *fr = NULL,*fw = NULL;
    fr = fopen("test.txt", "r"); //读取文件
    if (!fr) 
    printf("test.txt open is fail!\n");
    fw = fopen("test_copy.txt", "w");//写入文件
    if (!fw) 
    printf("test_copy.txt open is fail!\n");
    char* stream = (char*)malloc(sizeof(char)* 1024); //存贮区
    bool flag=true;
    while (flag) //进行读写操作
        { 
     	int size = fread(stream, sizeof(char), 1024, fr);//size:缓存区的实际大小
    	if (size <= 0)
            { 
                flag = false;
                continue; //copy end
            }
             fwrite(stream, sizeof(char), size, fw);
    }
    fclose(fr); //关闭文件
    fclose(fw);
    }
    
    
    //open(),read(),write(),close()
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <stdbool.h>
    int main()
    { 
        int r, w, size;
        r = open("test.txt", O_RDONLY); //读取的文件
        if (!r)
            printf("test.txt open is fail!\n");
        w = open("test_copy.txt", O_CREAT | O_WRONLY); //写入的文件
        if (!w)
            printf("test_copy.txt open is fail!\n");
        char stream[1024];
        bool flag = true;
        while (flag) //进行读写操作
        { 
            size = read(r, stream, 1024);
            if (size <= 0)
            { 
                flag = false;
                continue; //copy end
            }
            write(w, stream, size);
        }
        close(r); //关闭文件
        close(w);
        return 0;
    }

结果展示  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80ODU1NzQ5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80ODU1NzQ5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80ODU1NzQ5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

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**【回见】**

[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_48557496/article/details/118636137
[Ubuntu]: https://blog.csdn.net/weixin_48557496/article/details/116329462
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80ODU1NzQ5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221004/e881b365bffe4425b28d1330156b5a6c.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80ODU1NzQ5Ng_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221004/14ef6099fb28478b8b76373d4d1a878b.png
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