20201317 7.8章学习总结

第7 8章

文件操作

使用系统调用进行文件操作

本章讨论了多种文件系统，解释操作系统中各种操作级别

1. 文件存储准备存储设备
2. 内核中的文件系统支持函数
3. 系统调用
4. 文件流上的I/O库函数
5. 用户命令
6. 各种操作的sh脚本；

系统性概括了各种操作，

1. 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

描述了低级别的文件操作

介绍了Linux系统的EXT2文件系统

文件操作级别

硬件级别

1. fdisk 将硬盘、U盘、SDC盘分区
2. mkfs 格式化磁盘分区，为系统做好准备
3. fsck 检查和维修系统
4. 碎片整理: 压缩文件系统的文件

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

系统调用

用户使用系统调用访问内核函数

例下列程序可以读取文件的第二个1024字节

I/O库函数

系统调用可以使用户读/写多个数据块，这些数据块只是一系列字节。

他们不知道也不关心数据的意义。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缓冲区执行这些操作。大多数用户会认为非常不方便

C语言库提供了一系列标准的额I/O函数，同时也提高了运行效率。

出了读/写内存位置的sscanf/sprintf函数外，所有其他I/O库函数都建立在系统调用之上，也就是说，他们最终通过系统内核发出实际数据传输的系统调用。

用户命令

实际为可执行程序（cd除外）通常调用库I/O函数，而库I/O函数再发出调用相应的内核函数。

sh脚本

虽然比系统调用更加方便

但是要手动输入命令，如果使用的是GUI ，操作较为繁琐。

文件的I/O操作

文件I/O：由POSIX（可移植操作系统接口）定义的一些函数

无缓冲，每次读写操作都引起系统调用

特点：

核心概念是文件描述符
可访问各种类型文件
标准I/O基于文件I/O实现

文件描述符

每个打开的文件都对应一个文件描述符
文件描述符是一个非负整数。linux为程序中每个打开的文件分配一个文件描述符
文件描述符从0开始分配，依次递增
文件I/O操作通过文件描述符来完成

标准I/O 文件描述符 文件描述符 文件描述字
标准输入流 0 STDIN_FILENO stdin
标准输出流 1 STDOUT_FILENO stdout
标准错误流 2 STDERR_FILENO stderr
文件的打开和关闭

open函数用来创建或打开一个文件

1. include<fcntl.h>

2. int open(const char *path,int oflag,…);

   成功时返回文件描述符；出错时返回EOF
   打开文件时使用两个参数
   创建文件时第三个参数指定新文件的权限
   只能打开设备文件，不能通过open（）创建

Linux的Ext2文件系统（inode）

磁盘分区后需要进行格式化，操作系统才可以中这个分区，因为每种操作系统设置的文件属性/权限并不相同。

为了存放这些文件所需要的数据，需要将分区进行格式化，成为操作系统能够利用的文件系统格式。

Linux的正规文件系统为Ext2

通常我们可以称呼：一个可被挂载的数据为一个文件系统而不是一个分区

文件系统如何运行

与操作系统的文件数据有关。

较新的操作系统除了文件实际内容外，通常有很多的属性，例如

• Linux的文件权限（rwx)
• 文件属性（所有者、群组、时间参数）

文件系统通常将两部分的数据分别存放再不同的块，权限与属性放置在inode中，至于实际数据则放在data block块中，另外还包括一个超级块，会记录到整个文件系统的整体信息包括inode与block总量、使用量、剩余量。

• super block :记录此文件系统的整体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量，以及文件系统的格式和相关信息
• inode：记录文件属性，一个文件占用一个inode，同时记录此文件的数据所在的block号码；
• block：实际记录文件的内容，当文件太大时，会占用多个block

文件系统的简单操作

磁盘与目录的容量：df，du

df 列出文件系统的整体磁盘使用量

du 评估文件系统的磁盘使用量（常用于评估目录所占容量）

将系统内所有的文件系统列出来

将系统内的所有特殊文件格式及名称都列出来

将目前的各个分区当中可用的inode数量列出

du

• -a：列出所有文件与目录容量，因为默认仅统计目录下的文件量而已
• -h：以人们较容易理解的容量格式（G/M）显示
• -s：列出总量而已，而不列出每个各别的目录占用容量
• -S：不包括子目录下的总计，与-s有点差别
• -k：以kb的方式列出容量显示
• -m：以MB的方式列出容量显示

简单的文件操作

分区

创建mydisk虚拟磁盘映像文件

磁盘映像上，运行disk

格式化分区

fdisk只是将一个存储设备划分为多个分区。每个分区都有特定的文件系统类型，但是分区还不可以使用，为了存储文件，必须先将特定的的文件系统准备好分好区，被称为格式化磁盘或者是磁盘分区

在linux中，被称为是mkfs，也被称为是Make文件系统。

支持不同类型的文件系统。每个文件系统都期待存储设备上有特定的格式。

在一个nblocks设备上创建一个TYPE文件系统，每个块都是bsize字节。

mkfs -t TYPE [-b bsize] device nblocks

以linux的EXT2/3文件系统举例

mkfs -t ext2 vdisk 1440

使用1440（1KB）个块将vdisk格式化为ext2文件系统。

格式化后的磁盘只包括根目录的空文件系统。但是Linux的mkfs始终会在根目录下创建一个默认的lost+found目录

在Linux中，还不能访问新的文件系统。他必须挂载到根文件系统中的现有目录。/mnt目录通常挂载其他文件系统。

由于虚拟文件系统不是真正的设备，他们必须作为循环设备进行挂载。

使用

sudo umount /mnt  #卸载设备，将其与根文件系统分离，设备上保存的文件应留在该设备中。

挂载分区

man 8 losetup：显示用于系统管理的losetup实用工具命令

主要实现了

1. 用dd创建一个虚拟磁盘影响
2. 在vdisk上创建一个分区p1
3. 分区大小是63488个扇区

使用扇区数在vdisk的分区15上创建一个循环设备

因为分区1繁忙，所以我们利用sudo losetup -f查找空闲设备

显示所有循环设备

格式化分区15，成为EXT2文件系统

挂载循环设备

访问作为文件系统一部分的挂载设备

设备使用完后，将其卸载

并通过命令断开losetup

使用系统调用进行文件操作

系统调用

在操作系统中，进程以两种不同的模式进行，即内核模式、用户模式，简称Kmode和Umode。

在Umode中进程的权限非常有限，不能执行哪个任何需要的特殊权限操作

特殊权限的操作需要在Kmode中执行。

系统调用(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。

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。

int syscall(int a,int b,int c,int d);

• 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);

常见的文件操作的系统调用。

stat：获取文件状态信息

int stat(char *filename, struct stat *buf);
int fstat(int filedes, struct stat *buf);
int lstat(char *filename, struct stat *buf);

• open：打开一个文件进行读、写、追加

int open(char *file, int flags, int mode);

• close：关闭打开的文件描述符

int close(int fd);

• read：读取打开的文件描述符

int read(int fd, char buf[], int count);

• write：写入打开的文件描述符

int write(int fd, char buf[], int count);

• lseek：重新定位文件描述符的读/写偏移量

int lseek(int fd, int offset, int whence);

• dup：将文件描述符复制到可用的最小描述符编号中

int dup(int oldfd);

• dup2：将oldfd复制到newfd中，如果文件链接数为0，则删除文件

int dup2(int oldfd, int newfd);

• link：将新文件硬链接到旧文件

int link(char *oldPath, char *newPath);

• unlink：取消某个文件的链接；如果文件链接数为0，则删除文件

int unlink(char *pathname);

• symlink：创建一个符号链接

int symlink(char *target, char *newpath);

• readlink：读取符号链接文件的内容

int readlink(char *path, char *buf, int bufsize);

• umask：设置文件创建掩码；文件权限为(mask & ~umask)

int umask(int umask);

链接文件

在Unix/Linux系统中，每个文件都有一个路径名，但是Unix/linux系统允许使用不同的路径名来表示同一个文件。

这些文件叫做LINK文件

• 硬链接
• 软链接
• 符号链接

硬链接

ln oldpath newpath

创建从newpath到oldpath的硬链接对应的系统调用是

link(char *oldpath,char *newpath)

硬链接仅用于非目录文件。否则，它可能会在文件系统名称空间中创建循环这是不允许的，相反系统调用：

unlink(char *pathname)

会减少文件的链接数。如果链接被删除为零，文件会被完全删除。这就是rm命令的作用，如果某个文件非常重要，需要创建多个硬链接链接到这个文件中去。

连接文件：ln

在linux，系统上，一般连接文件有两种方式

1. 一种是类似Windows的快捷功能的文件，可以快速连接到文件中
2. 通过文件系统的inode连接来产生新文件名，而不是产生新文件 --硬链接

hard link硬链接或者实际链接

每一个文件会占用一个inode，文件内容由inode的记录来指向

想要读取文件，就必须要经过目录文件名来指向到正确的inode号码才能读取

文件名只和目录有关，文件内容则与inode相关。

​ 有没有多个文件名链接到同一个inode号码，就是hard link的由来。

​ 简单来说，hard link只是某个目录下新建一个文件名连接到inode号码中的关联记录

软链接：命令

对应的系统调用是

syslink(char *oldpath,char *newpath)

软链接的一个缺点是目标文件可能不复存在了，这样的话会导致绕行标志会导致司机坠下山崖

在Linux中，会用ls命令以适当的深色RED显示此类危险

遇到的问题

1. 首先是对于本章内容总体理解出现了问题，对本章的文件操作，具体作用是什么，要干啥？思路不清

答：对于这个问题，我主要参考了《鸟哥的Linux私房菜》，对这个问题有了更加深入的了解。

2. 其次是在磁盘分区时，出现了问题，显示loop1 busy，无法对loop1进行解决。

答：通过查找网页，翻阅资料，明确了我的问题是在于loop1有问题，处于进程的繁忙中，通过进行命令，

找到了分区中处于空闲状态的loop15，然后可以进行操作了

3. 挂载分区时出现了问题，找不到disk文件。

答：通过仔细分析代码，和课本中的代码对比，发现了是代码写错了，出现了基础性的问题。

4. 对于链接文件思路还是不够清晰，从字面意义上讲，不知道这些的作用是什么？

答：主要通过参考了《鸟哥的Linux私房菜》，对这个问题有了更加深入的了解。

反思和总结

​ 本次学习主要涉及了文件操作，对于我的理解来说，非常有困难，底层设计更多地涉及代码、系统调用、系统内核。我认为通过这次学习，我重点在于学会了方法，如何更高效的查找资料，哪一些对我来说是有用的，哪一些我能看懂得，真正学到脑子里的。同时非常高兴的看到了一本书，强推《鸟哥的Linux私房菜》，因为他非常简单明了地把事情讲透了，把知识讲的非常明了，易懂。

​ 下一步，总的来说，还是要多实践、多练习，从实践中发现问题，解决问题。