МУ_ЛР_БОС. А. С. Новиковым и обсуждены на заседании кафедры

• Название: А. С. Новиковым и обсуждены на заседании кафедры
• Дата: 15.03.2022
• Размер: 1.1 Mb.
• Имя файла: МУ_ЛР_БОС.doc
• Тип: Лабораторная работа; #396953
• страница: 3 из 17

Лабораторная работа № 3.
Работа с файлами и каталогами в ОС Unix

1. Цель работы

Ознакомиться с файловой системой ОС UNIX, механизмами ее функционирования, основными элементами файловой системы: суперблок, описатели файлов, типы файлов, список свободных описателей файлов, список свободных блоков.

2. Теоретические сведения

Интерфейс между пользовательской программой и внешним устройством (или между двумя пользовательскими программами) в ОС UNIX осуществляется в рамках единой структуры данных, называемой файлом ОС UNIX.

Всякий файл ОС UNIX в соответствие с его типом может быть отнесен к одной из следующих четырех групп: обычные файлы, каталоги, специальные файлы, каналы.

Обычный файл представляет собой совокупность блоков диска, входящих в состав файловой системы ОС UNIX. В указанных блоках может быть произвольная информация.

Каталоги представляют собой файлы особого типа, отличающиеся от обычных, прежде всего, тем, что осуществить запись в них может только ядро ОС UNIX, в то время как доступ по чтению может получить любой пользовательский процесс, имеющий соответствующие полномочия. Каждый элемент каталога состоит из двух полей: поля имени файла и поля, содержащего указатель на описатель файла, где хранится вся информация о файле: дата создания, размер, код защиты, имя владельца и т.д. В любом каталоге содержится, по крайней мере, два элемента, содержащие в поле имени файла имена "." и "..". Элемент каталога, содержащий в поле имени файла контекст ".", в поле ссылки содержит ссылку на описатель файла, описывающий этот каталог. Элемент каталога, содержащий в поле имени файла контекст "..", в поле ссылки содержит ссылку на описатель файла, в котором хранится информация о родительском каталоге текущего каталога.

Специальные файлы - это некоторые файлы, каждому из которых ставится в соответствие свое внешнее устройство, поддерживаемое ОС UNIX и имеющее специальную структуру. Его нельзя использовать для хранения данных, как обычный файл или каталог. В то же время над специальным файлом можно производить те же операции, что и над обычным файлом: открывать, вводить и/или выводить информацию и т.д. Результат применения любой из этих операций зависит от того, какому конкретному устройству соответствует обрабатываемый специальный файл, однако в любом случае будет осуществлена соответствующая операция ввода-вывода на внешнее устройство, которому соответствует выбранный специальный файл.

Четвертый вид файлов - каналы - будет рассмотрен отдельно в последующих лабораторных работах.

Cистемные функции ОС UNIX для работы с файловой системой

Возвращают дескриптор файла	open, creat, dup, pipe, close
Преобразуют имя в описатель	open, creat, chdir, chmod, stat, mkfifo, mound, mknod, link, unmount, unlink, chown
Назначают inode	creat, link, unlink, mknod
Работают с атрибутами	chown, chmod, stat
Ввод/вывод из файла	read, write, lseek
Работают со структурой файловой системы	mount, unmount
Управляют деревьями	chmod, chown

Остановимся на тех из них, которые требуются для выполнения лабораторной работы. Для получения информации о типе файла необходимо воспользоваться системными вызовами stat() (fstat()). Формат системных вызовов stat() (fstat()):

#include

#include

int stat(const char *name, struct stat *stbuf);

int fstat(int fd, struct stat *stbuf);

Оба системных вызова помещают информацию о файле (в первом случае специфицированном именем name, а во втором - дескриптором файла fd) в структурную переменную, на которую указывает stbuf. Вызывающая функция должна позаботиться о резервировании места для возвращаемой информации; в случае успеха возвращается 0, в противном случае -1 и код ошибки в errno. Описание структуры stat содержится в файле sys/stat.h. С небольшими модификациями она имеет вид:

struct stat

{

dev_t st_dev; /* device file */

ino_t st_ino; /* file serial inode */

ushort st_mode; /* file mode */

short st_nlink; /* number of links */

ushort st_uid; /* user ID */

ushort st_gid; /* group ID */

dev_t st_rdev; /* device ident */

off_t st_size; /* size of file */

time_t st_atime; /* last access time */

time_t st_mtime; /* last modify time */

time_t st_ctime; /* last status change */

};

Поле st_mode содержит флаги, описывающие файл. Флаги несут следующую информацию:

S_IFMT 0170000 – тип файла

S_IFDIR 0040000 – каталог

S_IFCHR 0020000 – байт-ориентированный специальный файл

S_IFBLK 0060000 – блок-ориентированный специальный файл

S_IFREG 0100000 – обычный файл

S_IFFIFO 0010000 – дисциплина FIFO

S_ISUID 04000 – идентификатор владельца

S_ISGID 02000 – идентификатор группы

S_ISVTX 01000 – сохранить свопируемый текст

S_ISREAD 00400 – владельцу разрешено чтение

S_IWRITE 00200 – владельцу разрешена запись

S_IEXEC 00100 – владельцу разрешено выполнение

Символьные константы, четыре первых символа которых совпадают с контекстом S_IF, могут быть использованы для определения типа файла.

Большинство системных вызовов, работающих с каталогами, оперируют структурой dirent, определенной в заголовочном файле .

struct dirent

{

ino_t d_ino; /* номер индексного дескриптора */

char d_name[DIRSIZ]; /* имяфайла */

}

Создание и удаление каталога выполняется системными вызовами mkdir() и rmdir(). При создании каталога посредством системного вызова mkdir() в него помещается две ссылки ("." и "..").

#include

#include

#include

int mkdir (char *pathname, mode_t mode);

int rmdir (char *pathname);

Открытие и закрытие каталога выполняется системными вызовами opendir() и closedir(). При успешном открытии каталога системный вызов возвращает указатель на переменную типа DIR, являющуюся дескриптором каталога, определенную в файле dirent.h и используемую при чтении и записи в каталог. При неудачном вызове возвращается значение NULL.

#include

#include

DIR *opendir (char *dirname);

int closedir (DIR *dirptr); /* dirptr - дескрипторкаталога */

Для смены каталога служит системный вызов chdir():

#include

int chdir (char *pathname);

Чтение записей каталога выполняется системным вызовом readdir(). Системный вызов readdir() по номеру дескриптора каталога возвращает очередную запись из каталога в структуру dirent, либо нулевой указатель при достижении конца каталога. При успешном чтении, указатель каталога перемещается к следующей записи. Дополнительный системный вызов rewinddir() переводит указатель каталога к первой записи каталога.

#include

#include

struct dirent *readdir (DIR *dirptr);

void rewinddir (DIR *dirptr);
3. Оборудование

Персональный компьютер с установленной операционной системой Unixили Linux.
4. Задание на работу

1. 
   Ознакомиться с файловой системой ОС UNIX и программными средствами работы с ней.
   
2. 
   Ознакомиться с заданием к лабораторной работе.
   
3. 
   Для указанного варианта составить программу на языке Си, реализующую требуемые действия.
   
4. 
   Отладить и оттестировать составленную программу, используя инструментарий ОС UNIX.
   
5. 
   Защитить лабораторную работу, ответив на контрольные вопросы.
   

Варианты заданий:

1. 
   Разработать программу, которая осуществляет просмотр текущего каталога и выводит на экран его содержимое группами в порядке возрастания числа ссылок на файлы (в том числе имена каталогов). Группа представляет собой объединение файлов с одинаковым числом ссылок на них.
   
2. 
   Разработать программу, которая просматривает текущий каталог и выводит на экран имена всех встретившихся в нем файлов с заданным расширением. Затем осуществляется переход в родительский каталог, который затем становится текущим, и указанные выше действия повторяются до тех пор, пока текущим каталогом не станет корневой каталог.
   
3. 
   Разработать программу, которая просматривает текущий каталог и выводит на экран имена всех встретившихся в нем обычных файлов. Затем осуществляется переход в родительский каталог, который затем становится текущим, и указанные выше действия повторяются до тех пор, пока текущим каталогом не станет корневой каталог.
   
4. 
   Разработать программу, которая выводит на экран имена тех каталогов, которые находятся в текущем каталоге и не содержат в себе подкаталогов.
   
5. 
   Разработать программу, которая выводит на экран имена тех каталогов, которые находятся в текущем каталоге и содержат в себе подкаталоги.
   
6. 
   Разработать программу, которая выводит на экран содержимое текущего каталога, упорядоченное по времени создания файлов. При этом имена каталогов должны выводиться последними.
   
7. 
   Разработать программу, которая выводит на экран содержимое текущего каталога в порядке возрастания размеров файлов. При этом имена каталогов должны выводиться первыми.
   
8. 
   Разработать программу, которая выводит на экран содержимое текущего каталога в алфавитном порядке. Каталоги не выводить.
   
9. 
   Разработать программу, которая просматривает текущий каталог и выводит на экран имена всех встретившихся в нем каталогов. Затем осуществляется переход в родительский каталог, который затем становится текущим, и указанные выше действия повторяются до тех пор, пока текущим каталогом не станет корневой каталог.
   
10. 
    Разработать программу, которая осуществляет просмотр текущего каталога и выводит на экран имена находящихся в нём каталогов, упорядочив их по числу файлов и каталогов, содержащихся в отображаемом каталоге. Для каждого такого каталога указывается число содержащихся в нём файлов и каталогов.
    

5. Оформление отчета

Отчет должен содержать:

1. 
   название и цель работы;
   
2. 
   вариант задания;
   
3. 
   результаты работы созданного программного обеспечения;
   
4. 
   листинг программы, реализующей задание.
   

6 Контрольные вопросы

6.1. Что представляет собой суперблок?

6.2. Что представляет собой список свободных блоков?

6.3. Что представляет собой список свободных описателей файлов?

6.4. Как производится выделение свободных блоков под файл?

6.5. Как производится освобождение блоков данных, занятых под файл?

6.6. Каким образом осуществляется монтирование дисковых устройств?

6.7. Каково назначение элементов структуры stat?

6.8. Каким образом осуществляется защита файлов в ОС UNIX?

6.9. Каковы права доступа к файлу, при которых владелец может выполнять все операции (r, w, x), а прочие пользователи - только читать?

6.10. Что выполняет системный вызов lseek(fd, (off_t)0, SEEK_END)?
7. Библиографический список

1. Забродин Л.Д. UNIX. Введение в командный интерфейс. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1994. – 144 с.

2. Дансмур М., Дейвис Г. Операционная система UNIX и программирование на языке Си: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1989. – 192 с.

3. Керниган Б.В., Пайк Р. UNIX – универсальная среда программирования: Пер. с англ. – М.: Финансы и статистика, 1992. – 304 с.

4. Робачевский А.М. Операционная система UNIX. – СПб.: BHV – Санкт-Петербург, 1997. – 528 с.

5. Т.Чан Системное программирование на C++ для UNIX. /Пер. с англ. -К.: Издательская группа BHV, 1997. - 592 с.