实验八文件管理实践.doc

实验八 文件管理实践【实验目的】配合操作系统课程的学习，加深对文件管理的理解。【实验学时】建议2学时【实验内容】1.掌握linux中文件的基本操作，了解带缓存与不带缓存文件IO函数，进行简单的文件IO程序编写。2.生成基本的引导程序，加载入内存执行（选做）3.生成简单的操作系统内核，加载入内存执行（选做）【实验原理】一、 基本文件操作（1）查看文件(可以是二进制的)内容 cat执行格式：cat filename或more filename 或cat filename|more例： cat file1 以连续显示方式，查看文件file1的内容more file1 或 cat file1|more 以分页方式查看文件的内容（2）删除文件 rm执行格式： rm filename 例： rm file? rm f* （3）复制文件 cp 执行格式： cp -r source destination 例： cp file1 file2 将file1复制成file2 cp file1 dir1 将file1复制到目录dir1 cp /tmp/file1 将file1复制到当前目录 cp /tmp/file1 file2 将file1 复制到当前目录名为file2cp r dir1 dir2 (recursive copy)复制整个目录。 （4）移动或更改文件、目录名称mv执行格式： mv source destination例： mv file1 file2 将文件file1，更名为file2 mv file1 dir1 将文件file1，移到目录dir1下mv dir1 dir2 （5）比较文件(可以是二进制的)或目录的内容 diff 执行格式： diff -r name1 name2 (name1、name2同为文件或目录) 例： diff file1 file2 比较file1与file2的不同处 diff -r dir1 dir2 比较dir1与dir2的不同处（6）文件属性的设置 chmod & umask改变文件或目录的读、写、执行的允许权执行格式： chmod -R mode name其中：-R为递归处理,将指定目录下所有文件及子目录一并处理 mode为3-8位数字，是文件/目录读、写、执行允许权的缩写(r:read,数字代号为4 w:write,数字代号为2 x:execute,数字代号为1)mode： rwx rwx rwx user group other缩写： (u) (g) (o)例：chmod 755 dir1 将目录dir1设定成任何人皆有读取及执行的权利，但只有拥有者可作写修改。其中7=4+2+1,5=4+1 chmod 700 file1 将file1设为拥有者可以读、写和执行 chmod o+x file2 将file2，增加拥有者可执行的权利 chmod g+x file3 将file3，增加组使用者可执行的权利 chmod o-r file4 将file4，除去其它使用者可读取的权利umask命令 设定文件创建时的缺省模式，对应每一类用户(文件属主、同组用户、其他用户)存在一个相应的umask值中的数字。对于文件来说，这一数字的最大值分别是6。系统不允许在创建一个文本文件时就赋予它执行权限，必须在创建后用chmod命令增加这一权限。目录则允许设置执行权限，这样针对目录来说，umask中各个数字最大可以到7。执行格式： umask nnn用umask命令查看umask值022此时建立的文件默认权限是644(6-0,6-2,6-2)，建立的目录的默认权限是755(7-0,7-2,7-2)，二、 不带缓存的文件IO操作和带缓存的文件IO操作Linux系统中，基于文件描述符的文件操作主要有：不带缓存的文件I/O操作和带缓存的文件流I/O操作。（1）不带缓存的文件I/O操作，又称系统调用I/O操作，符合POSIX标准，设计的程序能在兼容POSIX标准的系统间方便地移植。 指在用户层无缓存！在内核层仍然用缓存！要写入数据到文件上时（就是写入磁盘上），内核先将数据写入到内核中所设的缓冲储存器，假如这个缓冲储存器的长度是100个字节，调用系统函数 ：ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count);写操作时，设每次写入长度count=10个字节，那么要调用10次这个函数才能把这个缓冲区写满，此时数据还是在缓冲区，并没有写入到磁盘，缓冲区满时才进行实际上的IO操作，把数据写入到磁盘上。无缓存IO操作数据流向路径：数据内核缓存区磁盘不带缓存的文件I/O操作用到的主要函数有：int open(const char *path, int access,int mode) path 要打开的文件路径和名称 access 访问模式，宏定义和含义如下： O_RDONLY 1 只读打开 O_WRONLY 2 只写打开 O_RDWR 4 读写打开 还可选择以下模式与以上3种基本模式相与： O_CREAT 0x0100 创建一个文件并打开 O_TRUNC 0x0200 打开一个已存在的文件并将文件长度设置为0，其他属性保持 O_EXCL 0x0400 未使用 O_APPEND 0x0800 追加打开文件 O_TEXT 0x4000 打开文本文件翻译CR-LF控制字符 O_BINARY 0x8000 打开二进制字符，不作CR-LF翻译 mode 该参数仅在access=O_CREAT方式下使用，其取值如下： S_IFMT 0xF000 文件类型掩码 S_IFDIR 0x4000 目录 S_IFIFO 0x1000 FIFO 专用 S_IFCHR 0x2000 字符专用 S_IFBLK 0x3000 块专用 S_IFREG 0x8000 只为0x0000 S_IREAD 0x0100 可读 S_IWRITE 0x0080 可写 S_IEXEC 0x0040 可执行（2）带缓存IO操作数据流向路径：数据流缓存区内核缓存区磁盘带缓存IO也叫标准IO，符合ANSI C 的标准IO处理，不依赖系统内核，所以移植性强，我们使用标准IO操作很多时候是为了减少对read()和write()的系统调用次数，带缓存IO其实就是在用户层再建立一个缓存区，这个缓存区的分配和优化长度等细节都是标准IO库处理好了，不用去操心，还是用上面那个例子说明这个操作过程： 要写数据到文件上，内核缓存（注意这个不是用户层缓存区）区长度是100字节，如果调用不带缓存的IO函数write()就要调用10次，这样系统效率低，现在在用户层建立另一个缓存区（用户层缓存区或者叫流缓存），假设流缓存的长度是50字节，我们用标准C库函数的fwrite()将数据写入到这个流缓存区里面，流缓存区满50字节后在进入内核缓存区，此时再调用系统函数write()将数据写入到文件（实质是磁盘）上，总之，标准IO操作fwrite()最后还是要调用无缓存IO操作write,这里进行了两次调用fwrite()写100字节也就是进行两次系统调用write()带缓存的文件I/O操作用到的主要函数有： FILE *fopen(char *filename, char *mode) filename 文件名称 mode 打开模式： r ：文件必须已经存在，为读而打开。 r+：文件必须已经存在，为读和写而打开。 w：创建文件或为写打开文件，如果文件存在则会清空原文件内容。 w+： 创建文件或为读和写而打开文件，如果文件存在则会清空原文件内容。 a：追加，即在文件尾加入内容，或为写而创建文件。 a+：在文件尾写内容，或者为读和写而创建文件。 另外，以二进制方式打开文件时，在mode中同时加上b，如 rb，r+b，rb+，w+b，ab+等，则以二进制方式进行读写，如果不加b，则以文本方式打开文件。而UNIX环境不区分文本和二进制方式，所以在UNIX下加b并无作用。 int fclose(FILE *fp); fclose 函数关闭一个流，其调用内核 close 关闭流对应的文件描述符。如果此时I/O缓冲区还有数据，则调用内核 write 写到到文件中，再调用 close，然后释放FILET 缓冲区。当进程终止而没有显示调用fclose时，所有未写入的缓冲区的数据将会被写入，并关闭所有打开的流。【实验要求和步骤】掌握linux下文件的基本操作命令。了解带缓存文件和不带缓存文件的创建，打开，关闭，读写操作，进一步掌握实验七中使用字符设备的c文件。生成简单操作系统内核，加载入虚拟机执行。1. 新建一个文件夹a，并在文件夹里新建一个文件fa，新建另一个文件夹b，将文件fa复制到文件夹b中。2. 设计一个程序，要求以可读写方式打开一个文件，如果该文件不存在，则创建此文件，如果存在，将文件清空后关闭。 输入以下代码：#include #include #include /*以读写方式打开当前目录下的lilan文件，如果不存在则创建该文件，并且将文件权限设置为拥有者可读，可写，可执行*/int main(void)int fd;fd = open(lilan, O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC, 0700); /*选项O_TRUNC表示文件存在时清空 选项O_RDWR表示以读写方式打开 选项O_CREAT表示如果文件不存在则新建文件*/if (fd = -1 )perror( fail to open );exit(1);elseprintf(打开(创建)文件，文件描述符为：%dn,fd);close(fd);return 0;3. 写代码将步骤2所创建的文件复制成新文件，使用read函数从源文件读取数据，再用write函数写入到目标文件。输入以下代码：#include #include #include #include #include #include int main(void)int fdsrc=0,fddes=0,nbytes=0;int flags=O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY;int z;char buf20, des20;printf(请输入目标文件名:); /*提示输入目标文件名*/scanf(%s,des); /*读入目标文件名*/fdsrc=open(lilan,O_RDONLY);/*只读方式打开源文件*/if (fdsrc = -1 )perror( fail to open );exit(1);fddes=open(des,flags,0644); /*打开目标文件的权限为：644*/if (fddes = -1 )perror( fail to open );exit(1);while(nbytes=read(fdsrc,buf,20)0)z=write(fddes,buf,nbytes);if(z0)perror(写目标文件出错);/*此函数可以用来输出“错误原因信息”字符串*/close(fddes);close(fdsrc);printf(复制文件为%s文件成功！n,des);exit(0);改写上面的程序，源文件名和目标文件名都由键盘输入。4. 设计程序，把键盘上输入的字符串以带缓存的方式写入文件“liufile”， 如果该文件不存在，则创建此文件。 输入以下代码：#include#include int main(void)FILE * fp; /*定义文件变量指针*/char s80;if(fp=fopen(liufile,a+)=NULL) /*打开(创建)文件*/printf(打开(创建)文件出错); /*出错处理*/exit(0);printf(请输入要写入文件的字符串：); /*提示输入一个字符*/fputs(fgets(s,80,stdin),fp);/*把键盘输入的字符串写入文件*/fclose(fp); /*关闭文件流*/改写上面的程序，用带缓存的流文件I/O操作，把键盘上输入的字符串写入一个文件x， 如果该文件不存在，则创建此文件，多次运行程序多次输入字符串后，文件x中只保存最后一次输入的字符串，把文件x中的内容读取出来，在终端中打印输出。5. 有两个程序，一个写入程序把三个人的姓名和帐号余额信息，通过一次流文件I/O操作写入文件y，另一个读取程序则格式输出帐号信息，把每个人的帐号和余额一一对应显示输出。改写下面的程序，从键盘输入账号和余额。/*写入程序：把帐号信息写入文件*/ #include #include #define set_s(x,y,z) strcpy(,y);sx.pay=z; /*自定义宏，用于赋值*/#define nmemb 3struct test /*定义结构体*/char name20;int pay;snmemb;int main()FILE * fp; /*定义文件变量指针*/set_s(0,张三,12345);set_s(1,李四,200);set_s(2,王五,50000);fp=fopen(zhfile,a+);/*打开(创建)文件*/fwrite(s,sizeof(struct test),nmemb,fp);/*调用fwite函数把块信息写入文件*/fclose(fp);return 0; /*关闭文件流*/*读出程序，将账号信息读出*/#include#define nmemb 3struct test/*定义结构体*/char name20;int pay;snmemb;int main( )FILE * fp; /*定义文件变量指针*/int i;fp = fopen(zhfile, r);/*打开文件*/fread(s,sizeof(struct test),nmemb,fp);/*调用fread函数从文件读取块信息*/fclose(fp); /*关闭文件流*/for(i=0;inmemb;i+)printf(帐号%d:%-20s余额%d:%dn,i,,i,si.pay);return 0;6. （选做）将如下程序放在同一目录(注意文件名)，输入make，编译成boot.img文件，挂载到虚拟机.这是你的第一个操作系统程序。从本质上来说它是一个引导程序。/*boot.S*/.code16.text mov %cs,%ax mov %ax,%ds mov %ax,%es call DispStr jmp .DispStr: mov $BootMessage, %ax mov %ax,%bp mov $16,%cx mov $0x1301,%ax mov $0x00c,%bx mov $0,%dl int $0x10 retBootMessage:.ascii Hello, OS world! Lilan 510.word 0xaa55#MakefileCC=gccLD=ldLDFILE=solrex_x86.ldOBJCOPY=objcopyall: boot.imgboot.img: boot.bindd if=boot.bin of=boot.img bs=512 count=1dd if=/dev/zero of=boot.img skip=1 seek=1 bs=512 count=2879boot.bin: boot.elf$(OBJCOPY) -R .pdr -R .comment -R.note -S -O binary boot.elf boot.binboot.elf: boot.o$(LD) boot.o -o boot.elf -e c -Tsolrex_x86.ldboot.o: boot.S$(CC) -c boot.S copy: boot.imgclean: rm -f boot.o boot.elf boot.bindistclean: cleanrm -f boot.imgrelease: cleanmv boot.img solrex.img/*solrex_x86.ld*/SECTIONS . = 0x7c00; .text : _ftext = .; /* Program will be loaded to 0x7c00. */ = 0 在同一目录下建立如下文件：/*loader.S内核程序*/.code16.textmov$0xb800,%axmov %ax,%gsmov$0xf,%ahmov$L,%almov%ax,%gs:(80*0+39)*2)jmp./*Makefile*/CC=gccLD=ldOBJCOPY=objcopyCFLAGS=-cTRIM_FLAGS=-R .pdr -R .comment -R.note -S -O binaryLDFILE_BOOT=solrex_x86_boot.ldLDFILE_DOS=solrex_x86_dos.ldLDFLAGS_BOOT=-T$(LDFILE_BOOT)LDFLAGS_DOS=-T$(LDFILE_DOS)all: boot.img LOADER.BINecho #echo # Compiling work finished, now you can use sudo make copy toecho # copy LOADER.BIN into boot.imgecho #boot.bin: boot.S$(CC) $(CFLAGS) boot.S$(LD) boot.o -o boot.elf $(LDFLAGS_BOOT)$(OBJCOPY) $(TRIM_FLAGS) boot.elf $LOADER.BIN: loader.S$(CC) $(CFLAGS) loader.S$(LD) loader.o -o loader.elf $(LDFLAGS_DOS)$(OBJCOPY) $(TRIM_FLAGS) loader.elf $boot.img: boot.bindd if=boot.bin of=boot.img bs=512 count=1dd if=/dev/zero of=boot.img skip=1 seek=1 bs=512 count=2879# You must have the authority to do mount, or you must use su root or# sudo command to do make copycopy: boot.img LOADER.BINmkdir -p /tmp/floppy;mount -o loop boot.img /tmp/floppy/ -o fat=12;cp LOADER.BIN /tmp/floppy/;umount /tmp/floppy/;rm -rf /tmp/floppy/;clean: rm -f *.o *.elf *.bin *.BINdistclean: cleanrm -f boot.imgrelease: cleanmv boot.img solrex.img=/*solrex_x86_boot.ld*/SECTIONS . = 0x7c00; .text : _ftext = .; = 0=/*solrex_x86_dos.ld*/SECTIONS . = 0x0100; .text : _ftext = .; = 0=/*boot.S*/.code16.set BaseOfStack, 0x7c00 /* Stack base address, inner */.set BaseOfLoader, 0x9000 /* Section loading address of LOADER.BIN */.set OffsetOfLoader, 0x0100 /* Loading offset of LOADER.BIN */.set RootDirSectors, 14 /* Root directory sector count */.set SecNoOfRootDir, 19 /* 1st sector of root directory */.set SecNoOfFAT1, 1 /* 1st sector of FAT1 */.set DeltaSecNo, 17 /* BPB_(RsvdSecCnt+NumFATs*FATSz) -2 */* Start sector of file space =*/.text/* Floppy header of FAT12 */ jmp LABEL_START /* Start to boot. */ nop /* nop required */BS_OEMName: .ascii WB. YANG /* OEM String, 8 bytes required */BPB_BytsPerSec: .2byte 512 /* Bytes per sector */BPB_SecPerCluster: .byte 1 /* Sector per cluster */BPB_ResvdSecCnt: .2byte 1 /* Reserved sector count */BPB_NumFATs: .byte 2 /* Number of FATs */BPB_RootEntCnt: .2byte 224 /* Root entries count */BPB_TotSec16: .2byte 2880 /* Total sector number */BPB_Media: .byte 0xf0 /* Media descriptor */BPB_FATSz16: .2byte 9 /* FAT size(sectors) */BPB_SecPerTrk: .2byte 18 /* Sector per track */BPB_NumHeads: .2byte 2 /* Number of magnetic heads */BPB_HiddSec: .4byte 0 /* Number of hidden sectors */BPB_TotSec32: .4byte 0 /* If TotSec16 equal 0, this works */BS_DrvNum: .byte 0 /* Driver number of interrupt 13 */BS_Reserved1: .byte 0 /* Reserved */BS_BootSig: .byte 0x29 /* Boot signal */BS_VolID: .4byte 0 /* Volume ID */BS_VolLab: .ascii Solrex 0.01 /* Volume label, 11 bytes required */BS_FileSysType: .ascii FAT12 /* File system type, 8 bytes required */* Initial registers. */LABEL_START: mov %cs,%ax mov %ax,%ds mov %ax,%es mov %ax,%ss mov $BaseOfStack, %sp /* Clear screen */ mov $0x0600,%ax /* %ah=6, %al=0 */ mov $0x0700,%bx /* Black white */ mov $0,%cx /* Top left: (0,0) */ mov $0x184f,%dx /* Bottom right: (80,50) */ int $0x10 /* BIOS int 10h, ah=6: Initialize screen */ /* Display Booting* */ mov $0,%dh call DispStr /* Display string(index 0)*/ /* Reset floppy */ xor %ah,%ah xor %dl,%dl /* %dl=0: floppy driver 0 */ int $0x13 /* BIOS int 13h, ah=0: Reset driver 0 */ /* Find LOADER.BIN in root directory of driver 0 */ movw $SecNoOfRootDir, (wSectorNo)/* Read root dir sector to memory */LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN: cmpw $0,(wRootDirSizeForLoop) /* If searching in root dir */ jz LABEL_NO_LOADERBIN /* can find LOADER.BIN ? */ decw (wRootDirSizeForLoop) mov $BaseOfLoader,%ax mov %ax,%es /* %es - BaseOfLoader*/ mov $OffsetOfLoader,%bx /* %bx - OffsetOfLoader */ mov (wSectorNo),%ax /* %ax LOADER BIN */ mov $OffsetOfLoader,%di /* BaseOfLoader %al*/ cmp %es:(%di),%al jz LABEL_GO_ON jmp LABEL_DIFFERENT /* Different */LABEL_GO_ON: inc %di jmp LABEL_CMP_FILENAME /* Go on loop */LABEL_DIFFERENT: and $0xffe0,%di /* Go to head of this entry */ add $0x20,%di mov $LoaderFileName,%si /* Next entry */ jmp LABEL_SEARCH_FOR_LOADERBINLABEL_GOTO_NEXT_SECTOR_IN_ROOT_DIR: addw $1,(wSectorNo) jmp LABEL_SEARCH_IN_ROOT_DIR_BEGIN/* Not found LOADER.BIN in root dir. */LABEL_NO_LOADERBIN: mov $2,%dh call DispStr /* Display string(index 2) */ jmp . /* Infinite loop */* Found. */LABEL_FILENAME_FOUND: mov $RootDirSectors,%ax and $0xffe0,%di /* Start of current entry, 32 bytes per entry */ add $0x1a,%di /* First sector of this file */ mov %es:(%di),%cx push %cx /* Save index of this sector in FAT */ add %ax,%cx add $DeltaSecNo,%cx /* LOADER.BINs start sector saved in %cl */ mov $BaseOfLoader,%ax mov %ax,%es /* %es - BaseOfLoader */ mov $OffsetOfLoader,%bx /* %bx - OffsetOfLoader */ mov %cx,%ax /* %ax - Sector number */* Load LOADER.BINs sectors to memory. */LABEL_GOON_LOADING_FILE: push %ax push %bx mov $0x0e,%ah mov $.,%al /* Char to print */ mov $0x0f,%bl /* Front color: white */ int $0x10 /* BIOS int 10h, ah=0xe: Print char */ pop %bx pop %ax mov $1,%cl call ReadSector pop %ax /* Got index of this sector in FAT */ call GetFATEntry cmp $0x0fff,%ax jz LABEL_FILE_LOADED push %ax /* Save index of this sector in FAT */ mov $RootDirSectors,%dx add %dx,%ax add $DeltaSecNo,%ax add (BPB_BytsPerSec),%bx jmp LABEL_GOON_LOADING_FILELABEL_FILE_LOADED: mov $1,%dh call DispStr /* Display string(index 1) */* Jump to LOADER.BINs start address in memory.*/ jmp $BaseOfLoader,$OffsetOfLoader/*/* = Variable table*/wRootDirSizeForLoop: .2byte RootDirSectorswSectorNo: