一. 实验目的
- 熟悉Linux文件系统的文件和目录结构，掌握Linux文件系统的基本特征；
- 模拟实现Linux文件系统的简单I/O流操作：备份文件。
二. 实验内容
- 浏览Linux系统根目录下的子目录，熟悉每个目录的文件和功能；
- 设计程序模拟实现Linux文件系统的简单I/O流操作：备份文件。
三. 实验原理
- Linux各种发行版的目录结构基本一致，各个目录简单介绍如下：
目录 描述
/ 根目录
/bin 做为基础系统所需要的最基础的命令就是放在这里。比如 ls、cp、mkdir等命令；功能和/usr/bin类似，这个目录中的文件都是可执行的，普通用户都可以使用的命令。
/boot Linux的内核及引导系统程序所需要的文件，比如 vmlinuz initrd.img 文件都位于这个目录中。在一般情况下，GRUB或LILO系统引导管理器也位于这个目录；启动装载文件存放位置，如kernels,initrd,grub。一般是一个独立的分区。
/dev 一些必要的设备,声卡、磁盘等。还有如 /dev/null. /dev/console /dev/zero /dev/full 等。
/etc 系统的配置文件存放地. 一些服务器的配置文件也在这里；比如用户帐号及密码配置文件；
/etc/opt:/opt对应的配置文件
/etc/X11:Xwindows系统配置文件
/etc/xml:XML配置文件
……
/home 用户工作目录，和个人配置文件，如个人环境变量等，所有的账号分配一个工作目录。一般是一个独立的分区。
/lib 库文件存放地。bin和sbin需要的库文件。类似windows的DLL。
/media 可拆卸的媒介挂载点，如CD-ROMs、移动硬盘、U盘，系统默认会挂载到这里来。
/mnt 临时挂载文件系统。这个目录一般是用于存放挂载储存设备的挂载目录的，比如有cdrom 等目录。可以参看/etc/fstab的定义。
/opt 可选的应用程序包。
/proc 操作系统运行时，进程（正在运行中的程序）信息及内核信息（比如cpu、硬盘分区、内存信息等）存放在这里。/proc目录伪装的文件系统proc的挂载目录，proc并不是真正的文件系统，它的定义可以参见 /etc/fstab 。
/root Root用户的工作目录
/sbin 和bin类似，是一些可执行文件，不过不是所有用户都需要的，一般是系统管理所需要使用得到的。
/tmp 系统的临时文件，一般系统重启不会被保存。
/usr 包含了系统用户工具和程序。
/usr/bin：非必须的普通用户可执行命令
/usr/include：标准头文件
/usr/lib:/usr/bin/ 和 /usr/sbin/的库文件
/usr/sbin:非必须的可执行文件
/usr/src:内核源码
/usr/X11R6:X Window System, Version 11, Release 6.
/srv 该目录存放一些服务启动之后需要提取的数据
2. Linux的文件结构是单个的树状结构.可以用tree进行展示。文件操作命令见附录1，
3. Linux文件系统：Linux 中允许众多不同的文件系统共存，如 ext2, ext3, vfat 等。通过使用同一套文件 I/O 系统 调用即可对 Linux 中的任意文件进行操作而无需考虑其所在的具体文件系统格式；更进一步，对文件的 操作可以跨文件系统而执行。“一切皆是文件”是 Unix/Linux 的基本哲学之一。不仅普通的文件，目录、字符设备、块设备、 套接字等在 Unix/Linux 中都是以文件被对待；它们虽然类型不同，但是对其提供的却是同一套操作界面。
4. 虚拟文件系统（Virtual File System, 简称 VFS）， 是 Linux 内核中的一个软件层，用于给用户空间的程序提供文件系统接口；同时，它也提供了内核中的一个 抽象功能，允许不同的文件系统共存。系统中所有的文件系统不但依赖 VFS 共存，而且也依靠 VFS 协同工作。为了能够支持各种实际文件系统，VFS 定义了所有文件系统都支持的基本的、概念上的接口和数据 结构；同时实际文件系统也提供 VFS 所期望的抽象接口和数据结构，将自身的诸如文件、目录等概念在形式 上与VFS的定义保持一致。换句话说，一个实际的文件系统想要被 Linux 支持，就必须提供一个符合VFS标准 的接口，才能与 VFS 协同工作。实际文件系统在统一的接口和数据结构下隐藏了具体的实现细节，所以在VFS 层和内核的其他部分看来，所有文件系统都是相同的。
5、利用C库函数fopen(), fread(), fwrite(), fclose() 来实现简单的文件备份， 即将一个文件的内容拷贝到另一个文件中去。
四. 实验中用到的系统调用函数
实验只是模拟实现文件的备份功能，不需要系统调用函数。
五、备份文件的过程图
六、源代码
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
FILE *fp;
FILE *fp2;
char *buf;
fp=fopen("shuju.txt","r"); //以只读方式打开要备份的文件
if(fp==NULL)
{
printf("打开文件失败\n");
exit(1);
}
fp2=fopen("beifen.txt","w"); //打开只写文件用来备份，若文件不存在则建立该文件
if(fp2==NULL)
{
printf("打开文件失败\n");
exit(1);
}
buf=(char*)malloc(sizeof(char)*1024); //分配空间
int count=fread(buf,sizeof(char),1024,fp); //读文件，用count记录读取的字符个数
fwrite(buf,sizeof(char),count,fp2); //写入备份文件
fclose(fp); //关闭文件
fclose(fp2);
}
七、实验结果及分析
以只读方式打开要备份的文件shuju.txt，创建文件beifen.txt用来备份，将数据从shuju.txt中读出，再写入备份文件beifen.txt。结果如图所示，成功完成了备份。
八、思考题
1、使用系统调用函数open(),read(),write(),close()实现简单文件备份的原理是什么？
这些系统调用函数是通过文件描述符来实现文件的备份的，系统调用 open()作用是创建一个新的文件描述符。open 建立了一条到文件或设备的访问路径。如果调用成功，它将返回一个可以被 read、write 和其他系统调用使用的文件描述符。系统调用 read()的作用是：从文件描述符相关联的文件里读入 n bytes个字节的数据，并把它们放到数据区buf中。系统调用 write()的作用是把缓冲区 buf 的前n bytes 个字节写入与文件描述符关联的文件中，返回实际写入的字节数。系统调用 close()可以用来终止文件描述符与其对应文件之间的关联。
2、使用C库函数fopen(), fread(), fwrite(), fclose() 来实现简单文件备份的原理是什么？
使用C库函数fopen()打开一个文件数据流，调用fopen()会返回一个FILE结构指针，fread()，fwrite()运用FILE指针对文件流进行操作，fclose()关闭建立的流。使用C库函数实现文件备份实际上是建立两个文件流，把其中一个流中的数据写入另一个流中。
3、上述二者的区别在哪里？
这些函数都是对文件操作的相关函数，调用C库函数是在用户态下执行，建立在数据流的基础上，而系统调用在内核模式中运行，建立在文件描述符的基础上。库函数调用与用户程序相关联，但系统调用是操作系统的一个进入点。在使用C库函数对文件操作时，相应的操作会在进入内核中以相应系统调用函数实现。