实验四 Linux 下的 C 语言编程
实验类别：设计型 开课单位：计算机学院
实验时数：6 学时
实验地点：健翔校区计算中心
一、实验目的
通过本实验练习，使学生掌握有关文件管理与文件操作的内容。首先要熟悉在 LINUX 系统下文件系统的构建方法；其次要熟练掌握在 LINUX 环境下用 C 语言进行高级编程的方法（即有关文件操作的系统调用的使用），进而充分了解 LINUX 文件系统中 shell 命令的实现原理以及它们用到的系统调用。
二、实验环境
操作系统：Unix/Linux 及 Sun Solaris 或 windows 系列
应用系统：gcc 编译器。若 OS 为 windows 系列，则还需相应的模拟环境
三、预备知识
1、关于系统调用和库函数
C 语言支持一系列的库函数的调用，其中最基本的是 studio 库函数。事实上，库函数只是 C 语言在较高层次上调用的方式，系统调用是更低层次的与 C 语言的界面，是内核提供给用户调用的函数。
2、LINUX 环境下系统调用和库函数的异同
⑴C 程序使用系统调用的语句和调用库函数的语句形式完全相同，但是二者运行的环境和运行机制截然不同。
⑵从运行环境来看，库函数使用依赖于所运行的用户环境，程序调用库函数时，它运行的目标代码是属于程序的，程序处于“用户态”执行； 而系统调用的使用不依赖于它运行的用户环境，是 LINUX 内核提供
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的低层服务，系统调用时所执行的代码是属于内核的，程序处于“核心态”执行。
⑶程序库函数的调用最终还是要通过 LINUX 系统调用来实现，库函数一般执行一条指令，该指令（操作系统陷阱 operating system trap） 将进程执行方式变为核心态，然后使内核为系统调用执行代码。
四、实验内容
本实验要求在 LINUX/UNIX 环境下用 C 语言编写三个具体的 SHELL 命令，基本涉及了 LINUX/UNIX 文件系统中较为常用的有关文件操作的系统调用。内容如下：
1、编程实现 copy 命令，执行格式：copy file1 file2 file3 功能：将 file1、file2 两文件的内容合并拷入 file3 中，其中间应有 30
个字节的空洞(调试成功后可将空洞调大到几十 MB)。
程序执行后用 du 命令显示其占用磁盘空间，观察其大小，分析原因。程序可能涉及到的系统调用： read(), write(), open(), creat(),
close(), lseek()
2、编程实现 renam(即 LINUX 下的 rename)命令，功能是实现文件的重命名。执行格式：renam filea fileb；
其中 filea 为源文件，fileb 为目标文件。程序执行时应显示出命令行的所有参数，并给出重命名前后两个文件的大小、索引节点号及最近一次状态改变的时间。
程序可能涉及到的系统调用：read(), write(), open(), stat(), close(),
link(), unlink()
3、编程实现 lnk 命令，执行格式：lnk f1 f2 f3。具体要求如下：
⑴分别使用 link()和 symlink()为文件 f1 创建其硬链接文件 f2 和符号
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链接文件 f3。
⑵分别使用stat()和lstat()调用给出文件f2 和f3 大小、索引节点号、权限、存放该文件的设备号及文件修改时间，比较其异同。说明原因。
五、实验要求
1、做好实验预习，通过查找资料、阅读系统提供的帮助文件等多种渠道
了解本实验所使用的系统调用及各种技术方法。充分利用所学知识， 尽可能多地预设实现思路。 2、写出实验报告，内容是：
⑴简要说明实验的目的、任务与设备。 ⑵写出实现的技术手段及关键代码。 ⑶总结设计中遇到的问题及解决方法。 ⑷写出实验心得与收获。
六、使用系统调用时的注意事项
以下列出了几条系统调用和库函数有关出错处理的不同点，更多的内容还需大家通过编程积累。
⑴对于 studio 库中的函数，出错时会返回一个预定义的常量 EOF 或
NULL；许多库函数在出错时常常返回 0 或 –1 ；有些库函数则返回某种出错代码。
⑵系统调用的出错处理比较简单，每个系统调用在出错时都返回 –1 ，
在调用成功时返回 0 (或某些其他具有特定意义的整数值)。LINUX 系统调用把出错代码放在一个名为 error 的外部变量中，在程序中包含头文件 error.h，便可以得到 error 的错误代码。
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