实验一 操作系统系统调用 实验报告

Linux系统调用实验报告

一、实验目的

深入理解操作系统是虚拟机

二、实验方法

利用UNIX/LINUX所提供的系统调用来编写C语言程序，程序中要体现出一些典型的系统调用（函数）

三、实验任务

编写一个C语言程序，该程序将一个存放了一系列整数的文本文件进行排序，每个整数占据文件的一行，排序的结果存放到一个新的文件之中。源文件和目标文件的文件名由命令行输入。例如：假设可执行文件的文件名是sort，源文件与目标文件的名字分别是data和newdata，那么命令行的情形为如下所示内容：

./sort data newdata

四、实验要点

命令行参数传递、系统调用的使用

五、实验内容

5.1 命令行参数传递

C语言标准规定，C语言程序的入口函数（main 函数）的定义如下：

int main(int argc, char** args)

其中，argc 表示args这个指针数组元素的数量，而args则储存程序的命令行参数，其中，args[0]储存着可执行文件的文件名，args[1]储存第一个命令行参数，如此类推。以在命令行中输入./sort data newdata 为例，args[0]的值为“./sort”，args[1]的值为”data”，args[2]的值为”newdata”。

5.2 打开文件

在操作系统中，需要对一个文件进行读写操作前需要打开文件。open这个系统调用的作用就是打开指定的文件，并返回一个文件描述符。通过这个文件描述符可以对文件进行读写操作。open系统调用的定义如下：

int open(const char* pathname, int flags)

int open(const char* pathname, int flags, mode_t mode)

其中，pathname是要打开文件的路径，flags参数指定文件打开的方式，这个参数可以通过多个常数的位或运算传递多种的方式，其中包括只读（O_RDONLY），只写（O_WRONLY），读写（O_RDWR），创建文件（O_CREAT），追加方式打开（O_APPEND）；当使用O_CREAT方式打开文件时，可以通过一个额外的mode参数来控制所创建文件的权限。

mode

在本实验中，一共进行两次的打开操作，分别打开储存有未排序数字以及储存已排序数字的两个文件，打开的代码如下：

int srcFd = open(args[1], O_RDONLY);

if (-1 == srcFd) return -1;

int descFd = open(args[2], O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);

if (-1 == descFd) return -1;

srcFd 表示源文件（储存未排序数据的文件）的文件描述符，O_RDONLY作为flags参数，即表明以只读方式打开。descFd表示目标文件（储存已排序数据的文件）的文件描述符，O_WRONLY | O_CREAT 作为flags参数，表明打开时创建一个文件，并且以只写的方式打开文件，S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH作为mode参数，用于指定创建文件的权限，根据上表，这个mode参数创建得到的是一个所有者具有读写权限，组和其他用户具有读权限的文件。

5.3 从文件中把数字读入到内存

read的作用是通过一个文件描述符读取文件中的内容，函数的定义如下：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)

fd参数用于指定所读取文件的文件描述符，buf参数则接受一个指针，用于指定储存读出结果的内存空间，count则指定从文件中读取多少个字节。这个系统调用的返回值是从文件中读出的字节数；如果返回0，则表示已经读取到了文件的末尾；如果返回-1，则表示在读取文件的过程中发生错误。

本实验中读取文件的方式是每次读取一个字节，在不断读文件的过程中，对读入的字符进行处理，把文件中的每一个数字储存到一个整型数组之中，下面是读取部分的代码：int num_count = 0, buffer_index = 0, number[1000];

char ch, buffer[30];

while (read(srcFd, &ch, (size_t)1) > 0) {

if (ch >= '0' && ch <= '9') buffer[buffer_index++] = ch;

else if (ch == '\n') {

buffer[buffer_index] = '\0';

buffer_index = 0;

number[num_count++] = atoi(buffer);

}

}

close(srcFd);

读取部分使用一个while循环，循环终止的条件为文件读取完毕或者文件读取过程中发生错误；每次读取1个字节，把读取到的字节储存你1到ch变量之中。因为文件中的每一行储存一个数字，所以换行符就是每个数字之间的间隔符；只要读取到换行符，则表明读取

了一个完整的数字，可以把数字转换成整数并储存到数组之中。如果读取到的不是换行符，而是数字，则把这些数字储存到buffer之中，当读取到换行符时，则把buffer中的数据转换成整数，如此循环，直到把文件中所有的字节读取完成。

读取完成以后，调用close系统调用。这个系统调用是关闭文件描述符，并且释放程序在文件中的锁。对文件操作完成以后关闭文件是个好习惯，需要在不断的练习中养成这个好习惯。

5.4 数据排序

数据从文件中读取到内存以后，以数组的方式储存；对数据进行排序的方法有很多，本实验采用冒泡排序的方式对数组中的数据进行排序。排序的结果仍然储存在原数组

5.5 把排序结果写入到文件之中

跟读取文件一样，向文件写入数据同样需要一个文件描述符；操作系统提供了write这个系统调用，用于用过文件描述符向文件写入数据，write函数的定义如下：ssize_t write(int fd, const void* buf, size_t count);

fd参数指定了写入文件的文件描述符，以buf指针为起点，把buf中的count个字节内容写入到文件之中；如果成功向文件写入内容，则这个系统调用会返回真正写入到文件的字节数；如果这个函数返回0，则表示并没有向文件写入任何内容；如果返回-1，则表示在写入过程中发生了错误。

本实验每次向文件写入一个数字，实验中用于写结果文件的代码如下：

for (i = 0; i < num_count; i++) {

sprintf(buffer, "%d\n", number[i]);

write(descFd, buffer, strlen(buffer));

}

这个代码是一个for循环，循环中一共有两个操作，第一个操作是通过sprintf函数将整数转换为字符串，储存在buffer之中；第二个操作是通过write系统调用，把buffer数组的首地址作为起点，转换得到的字符串长度作为数量，写入到文件中。从而实现写入结果文件的效果。

六、实验结论

计算机本身不具备文件写入和读出功能，这些功能由操作系统提供。操作系统是功能扩展机（虚拟机），它提供了许多系统调用，供程序员使用。