LINUX-第六章&第七章

Linux笔记 第六章&第七章

20201303张奕博

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第七章

文件操作

五个级别

• 硬件级别
• 操作系统内核中的文件系统函数
• 系统调用
• I/O库函数
• 用户命令

文件I/O操作

涉及fread() fwrite()等函数（详见第八章学习笔记）

低级别文件操作

分区

Command (m for help): m ---输出帮助信息

Command action

a toggle a bootable flag ---设置启动分区

b edit bsd disklabel ---编辑分区标签

c toggle the dos compatibility flag

d delete a partition --删除一个分区

l list known partition types --列出分区类型

m print this menu --帮助

n add a new partition --建立一个新的分区

o create a new empty DOS partition table --创建一个新的空白DOS分区表

p print the partition table ---打印分区表

q quit without saving changes ---退出不保存设置

s create a new empty Sun disklabel ---

t change a partition's system id ---改变分区的ID

u change display/entry units ---改变显示的单位

v verify the partition table ---检查验证分区表

w write table to disk and exit ---保存分区表

x extra functionality (experts only)

格式化分区

挂载分区

dd if=/dev/zero of =vdisk bs=1024 count=32768
losetup -o $(expr 2048 \* 512) --sizelimit $(expr 65535\* 512) /dev/loop1 vdisk

EXT2文件系统

• Block#0:引导块 容纳从磁盘引导操作系统的引导程序
• 超级块
  • Block#1 超级块

  *拓展：超级块记录的信息有：

1、block 与 inode 的总量（分区内所有Block Group的block和inode总量）；
2、未使用与已使用的 inode / block 数量；
3、block 与 inode 的大小 (block 为 1, 2, 4K，inode 为 128 bytes)；
4、filesystem 的挂载时间、最近一次写入数据的时间、最近一次检验磁盘 (fsck) 的时间等文件系统的相关信息；
5、一个 valid bit 数值，若此文件系统已被挂载，则 valid bit 为 0 ，若未被挂载，则 valid bit 为 1 。

以上引用：ext2文件系统详解

• 块组描述符
  Block#2 每组用一个块描述符结构体描述
• 位图
  • Block#8 块位图 0位表示对应项处于FREE状态，1位表示对应项处于IN_USE状态
  • Block#9 索引节点位图
• 索引节点
  Block#10

struct ext2_inode {

__u16i_mode;/* 文件类型和访问权限 */

__u16i_uid;/* 文件拥有者标识号*/

__u32i_size;/* 以字节计的文件大小 */

__u32i_atime;/* 文件的最后一次访问时间 */

__u32i_ctime;/* 该节点最后被修改时间 */

__u32i_mtime;/* 文件内容的最后修改时间 */

__u32i_dtime;/* 文件删除时间 */

__u16i_gid;/* 文件的用户组标志符 */

__u16i_links_count;/* 文件的硬链接计数 */

__u32i_blocks;/* 文件所占块数（每块以512字节计）*/

__u32i_flags;/* 打开文件的方式 */

union/*特定操作系统的信息*/

__u32i_block[Ext2_N_BLOCKS];/* 指向数据块的指针数组 */

__u32i_version;/* 文件的版本号（用于 NFS） */

__u32i_file_acl;/*文件访问控制表（已不再使用） */

__u32i_dir_acl;/*目录 访问控制表（已不再使用）*/

__u8l_i_frag;/* 每块中的片数 */

__u32 i_faddr;/* 片的地址 */

union/*特定操作系统信息*/
}

i_block[15]包含着指向文件磁盘块的指针

• 直接块
• 间接块
• 双重间接块
• 三重间接块

目录条目

EXT2目录条目

包括dir_entry结构，和rec_len各不相同
*不包含NULL字节

示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/io.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>
typedef unsigned char u8;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
typedef struct ext2_group_desc GD;
#define BLKSIZE 1024

SUPER *sp;
GD *gp;
char buf[BLKSIZE]; 
int fd;
// get_block() reads a disk block into a buf[]?
int get_block(int fd, int blk, char *buf)
{
    lseek(fd, (long)blk*BLKSIZE, SEEK_SET); 
    return read(fd, buf, BLKSIZE);
}

int imap(char *device)
{
    int i, ninodes, blksize, imapblk;
    fd = open(device, O_RDONLY);
    if (fd < 0) 
    {
        printf("open %s failedn", device);
        exit(1);
    }
    get_block(fd, 1, buf);	// get superblock
    sp = (SUPER *)buf;
    // check magic number to ensure itz s an EXT2 FS ninodes = sp->s_inodes_count	//
    ninodes = sp->s_inodes_count;
    printf("ninodes = %dn", ninodes);
    get_block(fd, 2, buf);	//
    gp = (GD *)buf;
    imapblk = gp->bg_inode_bitmap;	
    printf("imapblk = %dn", imapblk);
    get_block(fd, imapblk, buf);	
    for ( i = 0; i <= ninodes/8; i++)
    {
        printf("%02x ", (u8)buf[i]);
    }
    printf("n");
}
char *dev = "vdisk";
int main(int argc, char*argv[])
{
    if(argc>1) dev = argv[1];
    imap(dev);
}

显示位图

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/io.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>
#define BLKSIZE 1024
typedef struct ext2_group_desc GD;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
typedef struct ext2_dir_entry_2 DIR;
typedef struct ext2_inode INODE;
SUPER *sp;
GD *gp;
INODE *ip;
DIR *dp;
char buf[BLKSIZE];
int fd,firstdata, inodesize ,blksize, iblock;
char *dev = "vdisk";

int get_block(int fd, int blk, char *buf)
{
    lseek(fd, blk*BLKSIZE, SEEK_SET);
    return read(fd, buf, BLKSIZE);
}

int inode (char *dev)
{
    int i;
    fd = open(dev, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        printf("open faildn");
        exit(1);
    }
    get_block(fd, 2, buf);
    gp = (GD *)buf;
    printf("bmap_block=%d imap_block=%d inodes_table=%d n", 
            gp->bg_block_bitmap,
            gp->bg_inode_bitmap,
            gp->bg_inode_table);
    iblock = gp->bg_inode_table;
    printf("----root inode information----n");
    get_block(fd, iblock, buf);
    ip = (INODE *)buf;
    ip++;
    printf("mode = %4x ",ip->i_mode);
    printf("uid = %d gid = %dn", ip->i_uid, ip->i_gid);
    printf("size = %dn", ip->i_size);
    
    //unsigned int tmp = ip->i_ctime;
    printf("ctime = %s",ctime((const time_t *)&ip->i_ctime));
    printf("links = %dn", ip->i_links_count);
    for ( i = 0; i < 15; i++)
    {
        if(ip->i_block[i])
        {
            printf("i_block[%d] = %dn", i, ip->i_block[i]);
        }
    }
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc>1) dev = argv[1];
    inode(dev);
}

显示根索引节点

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/io.h>
#include <ext2fs/ext2_fs.h>
#define BLKSIZE 1024
typedef struct ext2_group_desc GD;
typedef struct ext2_super_block SUPER;
typedef struct ext2_dir_entry_2 DIR;
typedef struct ext2_inode INODE;
SUPER *sp;
GD *gp;
INODE *ip;
DIR *dp;
char buf[BLKSIZE];
int fd,firstdata, inodesize ,blksize, iblock;
char *dev = "mydisk";

int get_block(int fd, int blk, char *buf)
{
    lseek(fd, blk*BLKSIZE, SEEK_SET);
    return read(fd, buf, BLKSIZE);
}

int inode (char *dev)
{
    int i;
    fd = open(dev, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        printf("open faildn");
        exit(1);
    }
    get_block(fd, 2, buf);
    gp = (GD *)buf;
    printf("bmap_block=%d imap_block=%d inodes_table=%d n", 
            gp->bg_block_bitmap,
            gp->bg_inode_bitmap,
            gp->bg_inode_table);
    iblock = gp->bg_inode_table;
    printf("----root inode information----n");
    get_block(fd, iblock, buf);
    ip = (INODE *)buf;
    ip++;
    printf("mode = %4x ",ip->i_mode);
    printf("uid = %d gid = %dn", ip->i_uid, ip->i_gid);
    printf("size = %dn", ip->i_size);
    
    //unsigned int tmp = ip->i_ctime;
    printf("ctime = %s",ctime((const time_t *)&ip->i_ctime));
    printf("links = %dn", ip->i_links_count);
    for ( i = 0; i < 15; i++)
    {
        if(ip->i_block[i])
        {
            printf("i_block[%d] = %dn", i, ip->i_block[i]);
        }
    }
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc>1) dev = argv[1];
    inode(dev);
}

*问题解决：指针指向文件系统错误，本虚拟机使用mydisk,而代码指向vdisk，修改即可。

显示目录条目

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第八章

系统调用进行文件操作

系统调用

两种模式：内核模式 | 用户模式

系统调用是一种允许进程进入Kmode以执行Umode不允许操作的机制

系统调用手册页

使用man 2+XXX即可调用
示例：man 2 stat

使用系统调用进行文件操作

示例：使用mkdir创建新目录

创建多级目录

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
void mkdirs(char *muldir) 
{
    int i,len;
    char str[512];    
    strcpy(str, muldir, 512);
    len=strlen(str);
    for( i=0; i<len; i++ )
    {
        if( str[i]=='/' )
        {
            str[i] = '\0';
            if( access(str,0)!=0 )
            {
                mkdir( str, 0777 );
            }
            str[i]='/';
        }
    }
    if( len>0 && access(str,0)!=0 )
    {
        mkdir( str, 0777 );
    }
    return;
}
int main()
{
   mkdirs(head/follow/end);
}

常用的系统调用

• 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);
• 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);
• mknod：创建特殊文件
  int mknod(char *path,int mode,int device)

链接文件

硬链接

ln oldpath newpath
对应系统调用：link(char *oldpath,char *newpath)
减少文件链接数：unlink(char *pathname)

链接数变成0，文件被完全删除

软链接（符号链接）

ln -s oldpath newpath
创建符号链接或软链接
symlink(char *oldpath,char *newpath)
软连接在以下情况很好用：

• 通过一个较短名称访问一个较长路径
  e.g x->aVeryLongPathnameFile
• 将标准动态库名称链接到实际版本的动态库
  e.g libc.so.6->libc.2.7.so

硬链接和软链接的区别

参考：https://wenku.so.com/d/9413b19bcd49becaaa6516da3b52e2c3

• 硬链接和原来的文件没有什么区别，而且共享一个 inode 号（文件在文件系统上的唯一标识）；而软链接不共享 inode，也可以说是个特殊的 inode，所以和原来的 inode 有区别。
• 若原文件删除了，则该软连接则不可以访问，而硬连接则是可以的。
• 由于符号链接的特性，导致其可以跨越磁盘分区，但硬链接不具备这个特性。

stat系统调用

stat文件状态

stat结构体

所有的stat系统调用都以stat结构体形式返回信息

stat与文件索引节点

每个索引节点在存储设备上都有唯一的索引节点编号（ino）。每个设备都由一对设备号标识，例如0x0302表示/dev/hda2等

文件的类型和权限

st_mode：第一个字母表示文件类型，后面9个字符基于权限位，如果位是1，每个字符打印为r|w|x；如果位是0，则打印-。x位表示是否允许访问目录。

opendir-readdir函数

头文件：#include<dirent.h>
具体实现：

struct dirent   
{   
　　long d_ino; /* inode number 索引节点号 */  
　　   
    off_t d_off; /* offset to this dirent 在目录文件中的偏移 */  
　　   
    unsigned short d_reclen; /* length of this d_name 文件名长 */  
　　   
    unsigned char d_type; /* the type of d_name 文件类型 */  
　　   
    char d_name [NAME_MAX+1]; /* file name (null-terminated) 文件名，最长255字符 */  
}

readlink函数

int readlink(char *pathname,char buf[],int bufsize);
将符号链接文件的内容复制到bufsize的buf[]中，并将实际复制的字节数返回。

ls程序

部分代码：
void printDir(const char* d_name)
{
	struct stat statBuf;
	char mode[11];
	char uidName[10];
	char gidName[10];
	char lastChgStatTime[30];

	memset(mode, 0, 11);
	memset(uidName, 0, 10);
	memset(gidName, 0, 10);
	memset(lastChgStatTime, 0, 30);

	if(printall != 1){
		if((strcmp(d_name, ".") == 0) || (strcmp(d_name, "..") == 0)){
			return;
		}
	
		if(d_name[0] == '.'){
			return;
		}
	}


	if(0 == lstat(d_name, &statBuf)){		

		if(printdetail != 1){
			printf("%-s\n", d_name);					
		}else{
			/*获取rwxrwxrwx形式的访问权限表示*/
			mode2string(statBuf.st_mode, mode);

			/*获取uid,gid对应的名称*/
			strncpy(uidName, uid2name(statBuf.st_uid), strlen(uid2name(statBuf.st_uid)));
			strncpy(gidName, gid2name(statBuf.st_gid), strlen(gid2name(statBuf.st_gid)));

			/*time_t转为可读字符串*/
			strncpy(lastChgStatTime, time2string(statBuf.st_ctime), strlen(time2string(statBuf.st_ctime)));
			
			/*文件信息打印，没有把struct stat中的信息全部打印*/
			printf("%-10s ", mode);						
			printf("%3d ", statBuf.st_nlink);			
			printf("%s ", uidName);					
			printf("%s ", gidName);						
			printf("%10dB ", statBuf.st_size);			
			printf("%s ", lastChgStatTime);				
			printf("%-s\n", d_name);					
}

	}else{
		err_sys("cant't get attribute");
	}
}

作用：打印编译地址的所有文件信息

open-close-lseek系统调用

上面涉及过，在此不做详细叙述

read()系统调用

将n个字节从打开的文件描述符读入用户空间中的buf[] 返回值是实际读取的字节数，read失败返回-1

write()系统调用

将n个字节从用户空间中的buf[]写入文件描述符，必须打开该文件描述符进行写，读写或追加

实战内容

Q：使用系统调用递归复制文件

关键函数代码：

int copy(char *read_dir_path, char *write_dir_path)  
{  
    DIR * p_dir;  
    struct dirent * p_dirent;  
  
      
    char read_buf[256];  
    char write_buf[256];  
  
    sprintf(read_buf,"%s/", read_dir_path);  
    sprintf(write_buf,"%s/",write_dir_path);  
  
    strcat(read_dir_path,"/");  
    if( Is_dir(read_buf) )  
    {  
        //mkdir   
        if(mkdir(write_buf, 0755) < 0)  
        {  
            printf("mkdir fall:%s\n", strerror(errno));  
            return -1;  
        }  
  
  
        //opendir and readdir   
  
        if((p_dir = opendir(read_buf)) == NULL )  
        {  
            printf("Usage:cp -r <src_dir> <dat_dir> error:%s\n",strerror(errno));  
            return -1;  
        }  
  
        while((p_dirent=readdir(p_dir)) != NULL)  
        {  
            char read_buffer[256];  
            char write_buffer[256];  
            sprintf(read_buffer,"%s%s", read_buf, p_dirent->d_name);  
            sprintf(write_buffer,"%s%s", write_buf, p_dirent->d_name);  
  
            printf("%s\n%s\n",read_buffer,write_buffer);  
  
            //it is a directory   
            if( Is_dir(read_buffer) && 0 != strcmp(p_dirent->d_name, ".") && 0 != strcmp(p_dirent->d_name, "..") )  
            {  
                  
                copy_r(read_buffer, write_buffer);  
            }  
  
            else if(0 != strcmp(p_dirent->d_name, ".") && 0 != strcmp(p_dirent->d_name, ".."))  
            {  
                //copy file   
                if( file_copy_line(read_buffer, write_buffer) < 0 )  
                    return 0;  
            }  
  
  
        }  
  
        closedir(p_dir);  
  
    }  
  
}  

出现的问题

1.编译mkdir一系列代码出现问题

问题原因：缺少头文件apue.h

具体头文件是一个作者自己写的，C语言正常库中不存在，于是需要导入安装
参考：https://www.cnblogs.com/wjgaas/p/5220048.html

2.无法进行挂载分区

显示设备或资源忙

解决方法：使用代码sudo losetup -f查找空闲设备，发现是loop8，将代码中的loop1换成loop8即可