文件系统-操作系统实验

实验： 文件系统

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。
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：


2、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。

3、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。

4、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
实验只是模拟实现文件的备份功能，不需要系统调用函数。
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；

3、 测试数据文件提前准备好；
文件jianjieshuaige.dat

4、 编写程序并调试；

#include
#include
#include

int main()
{
        char buf;
        FILE *source, *backup;
        if ((source = fopen("./jianjieshuaige.dat", "r"))==NULL)
        {
                printf("Error in opening file.\n");
                exit(1);
        }
        if ((backup = fopen("./jianjieniubi.dat", "w"))==NULL)
        {
                printf("Error in creating file.\n");
                exit(1);
        }
        while (fread(&buf, sizeof(buf), 1, source) == 1)
        {
                if (!fwrite(&buf, sizeof(buf), 1, backup))
                {
                        printf("Error in writing file.\n");
                        exit(1);
                }
        }
        if (ferror(source) != 0)
        {
                printf("Error in reading file.\n");
                exit(1);
        }
        else
        {
                printf("success in reading file.\n");
        }
        if (fclose(source))
        {
                printf("Error in close file.\n");
                exit(1);
        }
        else
        {
                printf("success in reading file.\n");
        }
        
        if (fclose(backup))
        {
                printf("Error in close file.\n");
                exit(1);
        }
        else
        {
                printf("success in close file.\n");
                exit(1);
        }
}

5、 截屏输出实验结果；
结果：
执行程序前：
建立文件jianjieshuaige.dat，并且写入jianjie:shuaige

执行程序后：

增加了一个文件jianjieniubi.dat

6、 根据实验结果与理论课讲述的原理进行实验分析。
实验中，通过建立两个数据流，分别进行读取和写入的操作，实现了文件备份。
六、思考题
1、使用系统调用函数open(),read(),write(),close()实现简单文件备份的原理是什么？
系统调用函数open(),read(),write(),close()是通过文件描述符来实现文件的备份，文件描述符就是一些数值，用来描述文件的配置情况，通过文件描述符的管理，open建立了一条到文件或设备的访问路径，如果调用成功，返回一个可以被read、write等其他系统调用的函数使用的文件描述符。write的作用是把缓冲区buf的前nbytes个字节写入到文件描述符关联的文件中，返回实际写入的字节数。read系统调用的作用是从与文件描述符相关的文件里读入nbytes个字节的数据，并把它们放到数据区buf中，返回读入的字节数。close函数的作用是关闭文件描述符和其对应的文件之间的关联。

2、使用C库函数fopen(), fread(), fwrite(), fclose() 来实现简单文件备份的原理是什么？
在linux系统中，文件和设备都被看做事数据流，进行操作之前，必须先将流打开，可以通过调用库函数fopen()打开一个流，库函数fopen()的返回值为一个FILE结构指针，此结构中包含对所打开的流进行操作所需的全部信息。当流操作完成后，需要执行清空缓冲区，保存数据等操作，所以这个时候需要将流关闭，调用函数fclose()来完成。在实现文件备份的过程中，实际上是建立了两个流，把其中一个流中的数据写入另一个流中从而实现备份。

3、上述二者的区别在哪里？

系统调用open()等函数和C库函数fopen()等函数都是对文件的操作的相关函数，但前者是在内核模式中运行的，且是在文件描述符的基础上进行，而后者则是在用户模式下运行的，且是在数据流的基础上进行，而每一个文件流都对应一个底层的文件描述符。在进行C库函数fopen()等函数的调用时，相应的操作会在进入内核中以相应系统调用函数实现。