请编写一个实现cp命令的简单程序，其中涉及open(),read(),write()和close()等系统调用，并通过命令行的形式进行传参，源文件和目标文件位于不同的文件系统，运行该代码，截图，并根据所学原理深入到内核进行分析。
1. 运行结果正确 3分，并有GDB调试2分
2. 在上次分析open的基础上，基于文件系统缓冲区的认识，对read()和write()进行分析，因为没有学块设备，不要分析的太深入，画流程图（8分）。并给出心得体会（3分）。
在虚拟机中输入man cp，其中对cp命令的描述将源文件复制到目标文件，或者将多个源文件复制到目录。在这里简单实现一下将源文件复制到目标文件。
1.打开源文件和目标文件： 在这块使用open()来实现打开文件
- 如果打开源文件失败，程序输出错误信息并退出。
- 如果打开目标文件失败，程序输出错误信息，关闭源文件描述符，然后退出。
2.读取源文件并写入目标文件：
- 使用
read()读取源文件内容到缓冲区buffer中 - 使用
write()来把buffer中的内容写到目标文件中 - 如果写入的字节数与读取的字节数不一致，说明写入时出现错误，程序输出错误信息，关闭文件描述符，然后退出
3.关闭文件描述符
- 使用
close()函数关闭源文件和目标文件的文件描述符。 - 如果关闭文件描述符失败，程序输出错误信息并退出。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define BUFFER_SIZE 4096
int main(int argc, char *argv[]) {
int fd1, fd2;//fd1是打开源文件的文件描述符，fd2是打开目的文件的文件描述符
ssize_t rd, wt;//rd是读入的字节数，wt是写入的字节数
char buffer[BUFFER_SIZE];//缓冲区大小
// 打开源文件
fd1 = open(argv[1], O_RDONLY);
if (fd1 == -1) {
perror("open");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 创建目标文件，若已存在则覆盖
fd2 = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
if (fd2 == -1) {
perror("open");
close(fd1);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 读取源文件并写入目标文件
while ((rd = read(fd1, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {
wt = write(fd2, buffer, rd);
if (wt != rd) {
perror("write");
close(fd1);
close(fd2);
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
if (rd == -1) {
perror("read");
close(fd1);
close(fd2);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 关闭文件描述符
if (close(fd1) == -1 || close(fd2) == -1) {
perror("close");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("finish copy!!!\n");
return 0;
}
注意 gdb中并通过命令行的形式进行传参，在这里使用set args arg1 arg2...，break用来打断点，print var_name可以查看对应变量名的内容
copy文件夹在根目录下，其文件系统类型:/dev/sda3。我们本次选择把copy/test.txt放入到/run/lock里面，此/run/lock类型为tmpfs
此次将copy目录下的test.txt内容复制到/run/lock/tt.txt中
根据系统调用的命名规则，read和write的系统调用函数应该是sys_read()及sys_write()，均位于/fs/read_write.c中，下面就着重分析一下这两个函数。
此函数最终是通过ksys_read函数来实现读取文件，ksys_read的参数分别是unsigned int fd, char __user * buf, size_t count
SYSCALL_DEFINE3(read, unsigned int, fd, char __user *, buf, size_t, count)
{
return ksys_read(fd, buf, count);
}ksys_read()的参数分别为指向文件的指针file,缓冲区buf指针，读入的数据长度count
ssize_t ksys_read(unsigned int fd, char __user *buf, size_t count)
{
struct fd f = fdget_pos(fd);//通过fdget_pos来获取相应的文件描述符对应的结构
ssize_t ret = -EBADF;
//相应的文件描述符对应的文件对象存在
if (f.file) {
loff_t pos, *ppos = file_ppos(f.file);//ppos指向当前文件的文件指针
if (ppos) {
pos = *ppos;//pos保存了文件的位移量
ppos = &pos;
}
ret = vfs_read(f.file, buf, count, ppos);//这里主要通过vfs_read来读取文件
// 如果读取成功且文件的偏移量有效，则更新文件的偏移量
if (ret >= 0 && ppos)
f.file->f_pos = pos;
// 释放文件描述符
fdput_pos(f);
}
return ret;
}其中fd结构的定义如下：
struct fd {
struct file *file;//指向文件结构的指针
unsigned int flags;
};file_ppos()定义如下：其功能是返回file指针对应的f_pos，即文件当前的位移量
/* file_ppos returns &file->f_pos or NULL if file is stream */
static inline loff_t *file_ppos(struct file *file)
{
return file->f_mode & FMODE_STREAM ? NULL : &file->f_pos;
}
vfs_read()函数的参数分别为指向文件的指针file,缓冲区buf指针，读入的数据长度count以及文件偏移量指针pos
ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
ssize_t ret;
//权限检查
if (!(file->f_mode & FMODE_READ))//文件不允许读
return -EBADF;
if (!(file->f_mode & FMODE_CAN_READ))//文件是否可读
return -EINVAL;
if (unlikely(!access_ok(buf, count)))//是否可以访问buf
return -EFAULT;
//调用 rw_verify_area 函数验证读取区域的有效性
ret = rw_verify_area(READ, file, pos, count);
if (ret)
return ret;
if (count > MAX_RW_COUNT)
count = MAX_RW_COUNT;
//如果文件操作表中有read函数，则调用read读取文件
if (file->f_op->read)
ret = file->f_op->read(file, buf, count, pos);
//如果文件操作表中有read_iter函数，则调用new_sync_read读取文件
else if (file->f_op->read_iter)
ret = new_sync_read(file, buf, count, pos);
else
ret = -EINVAL;
//如果读取文件成功，进行更新访问标志,增加读取字节数
if (ret > 0) {
fsnotify_access(file);
add_rchar(current, ret);
}
inc_syscr(current);//增加当前进程的系统调用计数
return ret;
}使用perf生成的火焰图，描述了read的过程：
此函数最终会通过ksys_write()来实现对文件的写入，ksys_write()的参数分别为unsigned int fd, const char __user *buf, size_t count
SYSCALL_DEFINE3(write, unsigned int, fd, const char __user *, buf,
size_t, count)
{
return ksys_write(fd, buf, count);
}ssize_t ksys_write(unsigned int fd, const char __user *buf, size_t count)
{
struct fd f = fdget_pos(fd);//通过fdget_pos来获取相应的文件描述符对应的结构
ssize_t ret = -EBADF;
//相应的文件描述符对应的文件对象存在
if (f.file) {
loff_t pos, *ppos = file_ppos(f.file);//ppos指向当前文件的文件指针
if (ppos) {
pos = *ppos;//pos保存了文件的位移量
ppos = &pos;
}
ret = vfs_write(f.file, buf, count, ppos);//这里主要通过vfs_write来实现对文件的写入
// 如果写入成功且文件的偏移量有效，则更新文件的偏移量
if (ret >= 0 && ppos)
f.file->f_pos = pos;
// 释放文件描述符
fdput_pos(f);
}
return ret;
}ssize_t vfs_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
ssize_t ret;
//权限检查
if (!(file->f_mode & FMODE_WRITE))//文件不允许写
return -EBADF;
if (!(file->f_mode & FMODE_CAN_WRITE))//文件是否可写
return -EINVAL;
if (unlikely(!access_ok(buf, count)))//是否可以访问buf
return -EFAULT;
//调用 rw_verify_area 函数验证读取区域的有效性
ret = rw_verify_area(WRITE, file, pos, count);
if (ret)
return ret;
if (count > MAX_RW_COUNT)
count = MAX_RW_COUNT;
file_start_write(file);
//如果文件操作表中有write函数，则调用write实现对文件的写入
if (file->f_op->write)
ret = file->f_op->write(file, buf, count, pos);
//如果文件操作表中有write_iter函数，则调用new_sync_write来实现对文件的写入
else if (file->f_op->write_iter)
ret = new_sync_write(file, buf, count, pos);
else
ret = -EINVAL;
//如果读取文件成功，进行更新访问标志,增加读取字节数
if (ret > 0) {
fsnotify_modify(file);
add_wchar(current, ret);
}
inc_syscw(current);//增加当前进程的系统调用计数
file_end_write(file);
return ret;
}其中file_start_write以及file_end_write函数的调用流程如图所示，其原理就是信号量的pv操作
使用perf打印了write的执行流程，如下：
通过此次实现cp命令，在这块使用了之前学习过的一些知识，比如说查看系统内的文件类型，使用perf来查看函数的调用流程，使用open,read,write，close等系统调用。通过本次作业练习，使我把之前学过的东西进行回顾，越来越体会到使用perf工具进行分析代码的优势，是分析源码的一个好工具。