第7章 文件操作——教材知识点归纳
7.1 文件操作级别
在Linux中，文件操作可以分为五个级别，从最底层到最高层分别如下：
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硬件级别： 这一级别包括诸如
fdisk（用于分区）、mkfs（用于格式化磁盘分区）、fsck（用于检查系统）以及碎片整理（用于压缩文件系统中的文件）等操作。 -
内核级别的文件系统函数： 这些函数以字母"k"开头，它们提供了从操作系统内核层面支持文件操作的功能。
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系统调用： 用户模式程序使用系统调用来访问内核函数，常见的系统调用包括
open()、read()、lseek()、close()等，相关内容将在第8章介绍。 -
I/O库函数： 这些函数使用库函数进行文件操作，详细内容将在第9章介绍。
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用户命令： 用户可以直接在终端上使用特定的命令进行文件操作。
7.2 文件I/O操作
教材中的图示详细展示了文件操作的原理和执行过程，包括内核层和用户层的操作。
7.3 低级别文件操作
磁盘可以被划分为多个逻辑单元，被称为分区。引导程序可以从不同的分区引导不同的操作系统。其中有一个主引导记录(MBR)，它可以将硬盘划分为多个区域，而扩展分区则形成一个链表，对应多个分区。
fdisk用于对存储设备进行分区。然而，仅使用fdisk分区后无法直接使用，还需要对分区进行格式化。格式化分区的目的是为特定的文件系统准备分区，以存储文件，这时我们使用mkfs命令。
7.4~7.5 ext2文件系统
Linux默认使用的文件系统是ext2。ext2文件系统总共包含1440个块，每个块大小为1KB。其中，B0块是引导块，不会被文件系统使用，而是用于容纳引导操作系统时所需的引导程序。
B1块是超级块，用于存储有关整个文件系统的信息。
第8章 使用系统调用进行文件操作——教材知识点归纳
8.1~8.2 系统调用和I/O库函数
操作系统中，进程以两种不同的方式运行：内核模式（Kmode）和用户模式（Umode）。用户模式权限有限，需要在内核模式下执行具有特殊权限的操作。系统调用（System Call）机制允许进程进入内核模式，以执行更高权限的操作。
Linux系统调用手册页存储在/usr/man/目录中，Ubuntu中存储在/usr/share/man目录中。
8.3 使用系统调用进行文件操作
系统调用由程序发出，每个系统调用是一个库函数，它们汇集系统调用所需的参数，并最终向内核发出系统调用请求。
系统调用的形式为：int syscall(int a, int b, int c, int d); 其中a为系统调用编号，b、c、d为内核参数。
常用的基础系统调用函数：
int mkdir(char *pathname, int privilege);用于创建指定名称和权限的目录。如果成功返回1，失败返回-1。int rmdir(char *pathname);用于删除目录（前提是目录必须为空）。int chdir(char *pathname);用于更改当前工作路径到指定路径。char *getcwd(char *buf, size_t size);将当前工作目录的绝对路径复制到指定的内存空间中，参数size表示buf的空间大小。int access(const char *pathname, int mode);用于判断指定的文件或目录是否存在。int chmod(char *path, mode_t mode);用于更改文件的权限。int chown(char *name, int uid, int gid);用于更改文件的所有者。int link(char *oldpath, char *newpath);用于创建硬链接。int unlink(char *pathname);用于减少文件链接数，如果链接数为0，则删除文件。int symlink(char *oldpath, char *newpath);用于创建符号链接。int rename(char *oldpath, char *newpath);用于重命名文件。int utime(char *pathname, struct utimebuf *time);用于更改文件的访问时间和修改时间。
8.4 常用的系统调用
常用的文件操作系统调用：
int stat(char *filename, struct stat *buf);用于获取文件的状态信息。int open(char *file, int flags, int mode);用于打开文件以进行读取或写入。int close(int fd);用于关闭已打开的文件描述符。int read(int fd, char buf[], int count);用于从文件描述符中读取数据。int write(int fd, char buf[], int count);用于向文件中写入数据。
8.5 链接文件
链接文件的概念是，每个文件都有一个路径名称，但在Linux中，不同的路径可以对应同一个文件。
链接分为两种：硬链接和软链接（符号链接）。
硬链接：
硬链接文件共享相同的文件表示数据结构，适用于非目录
文件。
操作方式：
- 使用命令：
ln oldpath newpath。 - 使用系统调用：
link(char *oldpath, char *newpath)。
软链接（符号链接）：
软链接是普通文件，其内容是指向链接目标的引用。可以理解为Windows系统下的快捷方式。
操作方式：
- 使用命令：
ln -s oldpath newpath。 - 使用系统调用：
symlink(char *oldpath, char *newpath)。
8.6 stat系统调用
stat函数用于获取文件的状态信息。在使用stat函数时，首先需要声明一个结构体指针，用于存储返回的文件状态信息。
struct stat {
mode_t st_mode; // 文件的模式（例如文件、目录等）
ino_t st_ino; // inode节点号
dev_t st_dev; // 设备号码
dev_t st_rdev; // 特殊设备号码
nlink_t st_nlink; // 文件的连接数
uid_t st_uid; // 文件所有者的用户ID
gid_t st_gid; // 文件所有者的组ID
off_t st_size; // 普通文件的字节大小
time_t st_atime; // 文件最后被访问的时间
time_t st_mtime; // 文件内容最后被修改的时间
time_t st_ctime; // 文件状态改变的时间
blksize_t st_blksize; // 文件内容的块大小
blkcnt_t st_blocks; // 文件内容的块数量
};
通过使用stat函数，我们可以获取文件的各种相关信息，这些信息可以通过返回的结构体获取。对于路径，目录也被视为文件，因此也可以获取目录的信息，基于这些信息，我们可以编写自己的简单的ls程序。
8.7 open-close-lseek系统调用
在C程序中，文件通过描述符来管理。通过文件描述符，可以进行文件的读取和写入操作。
int lseek(int fd, int offset, int whence); 用于重新定位文件描述符的当前偏移量。
8.8~8.10 read()系统调用、write系统调用
read()函数用于从已打开的文件描述符中读取n个字节到用户控件中的buf[]中。如果失败，返回-1。write()函数用于将n个字节从buf写入已打开的文件描述符，可以是写、读写或追加模式，返回实际写入的字节数，通常等于n。这两个系统调用可以用于实现文件的复制操作。