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一、实验目的

1、了解文件系统功能及实现原理。

2、掌握LINUX下文件操作的有关系统调用。

3、熟悉main函数带参数运行的有关操作过程。

4、通过模拟程序实现简单的一级文件系统或二级文件系统。

二、实验内容

1、编程显示文件自身。（1分）

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<unistd.h>

#include<fcntl.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

void main(int argc,char *argv[])

{

    int p;

    char ch;

    if(argc!=2)

    {

        printf("you forget to enter a filename\n");

        exit(0);

    }

    if((p=open(argv[1],O_RDONLY))==-1) //以只读方式打开文件

  {

        printf("File open failare\n");

        exit(0);

    }

    while(read(p,&ch,1)==1) //每次读一个字符到ch

        printf("%c",ch);

    close(p);  //关闭文件

}

运行结果截屏：（包含编译、运行命令）

1. 编程实现文件加密和解密（要求用系统功能调用实现文件的打开以及读写操作，并用main函数带参数方式编写程序）。（4分）

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <ctype.h>

#define SHIFT 3 // 加密和解密移位数

// 加密函数

void encrypt(FILE *file) {

    rewind(file); // 回到文件开始位置

    int ch;

    while ((ch = fgetc(file)) != EOF) {

        // 对字母进行加密

        if (isalpha(ch)) {

            char base = islower(ch) ? 'a' : 'A';

            ch = (ch - base + SHIFT) % 26 + base;

            fseek(file, -1, SEEK_CUR); // 回到当前字符的位置

            fputc(ch, file); // 写入加密后的字符

        }

    }

    fflush(file); // 确保所有缓冲的数据都写入文件

}

// 解密函数

void decrypt(FILE *file) {

    rewind(file); // 回到文件开始位置

    int ch;

    while ((ch = fgetc(file)) != EOF) {

        // 对字母进行解密

        if (isalpha(ch)) {

            char base = islower(ch) ? 'a' : 'A';

            ch = (ch - base - SHIFT + 26) % 26 + base;

            fseek(file, -1, SEEK_CUR); // 回到当前字符的位置

            fputc(ch, file); // 写入解密后的字符

        }

    }

    fflush(file); // 确保所有缓冲的数据都写入文件

}

int main(int argc, char *argv[]) {

    if (argc != 3) {

        printf("Usage: %s <encrypt/decrypt> <filename>\n", argv[0]);

        return 1;

    }

    FILE *file = fopen(argv[2], "r+");

    if (file == NULL) {

        perror("Error opening file");

        return 1;

    }

    // 根据命令行参数决定执行加密还是解密

    if (strcmp(argv[1], "encrypt") == 0) {

        encrypt(file);

    } else if (strcmp(argv[1], "decrypt") == 0) {

        decrypt(file);

    } else {

        printf("Invalid operation. Use 'encrypt' or 'decrypt'.\n");

        fclose(file);

        return 1;

    }

    fclose(file);

    return 0;

}

运行结果截屏：（包含编译、运行命令）

1. 编程实现文件的合并。（要求用系统功能调用实现文件的打开及操作，并用main 函数带参数形式编写程序）

1)以写方式打开file1，以读方式打开file2文件，利用lseek()将file1的指针定位到文件尾部，再将file2写入到file1，实现文件合并。（1分）

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

// 函数声明

void displayError(char *message);

int main(int argc, char *argv[]) {

    // 检查命令行参数的数量

    if (argc != 3) {

        printf("Usage: %s <destination_file> <source_file>\n", argv[0]);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 打开目标文件，以便写入

    int destFileDescriptor = open(argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, S_IRUSR | S_IWUSR);

    if (destFileDescriptor == -1) {

        displayError("Error opening destination file");

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 打开源文件，以便读取

    int srcFileDescriptor = open(argv[2], O_RDONLY);

    if (srcFileDescriptor == -1) {

        displayError("Error opening source file");

        close(destFileDescriptor);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 读取源文件内容并写入目标文件

    char buffer[BUFFER_SIZE];

    ssize_t bytesRead;

    while ((bytesRead = read(srcFileDescriptor, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {

        if (write(destFileDescriptor, buffer, bytesRead) != bytesRead) {

            displayError("Error writing to destination file");

            close(destFileDescriptor);

            close(srcFileDescriptor);

            return EXIT_FAILURE;

        }

    }

    // 检查读取源文件时是否发生错误

    if (bytesRead == -1) {

        displayError("Error reading source file");

        close(destFileDescriptor);

        close(srcFileDescriptor);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 关闭文件描述符

    close(destFileDescriptor);

    close(srcFileDescriptor);

    return EXIT_SUCCESS;

}

// 显示错误信息的函数

void displayError(char *message) {

    perror(message);

}

运行结果截屏：（包含编译、运行命令）

1. 以读方式打开file1、file2文件，以写方式打开file3文件，实现文件合并。（1分）

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

// 函数声明

void displayError(char *message);

int copyContent(int srcFileDescriptor, int destFileDescriptor);

int main(int argc, char *argv[]) {

    // 检查命令行参数的数量

    if (argc != 4) {

        printf("Usage: %s <source_file_a> <source_file_b> <destination_file_c>\n", argv[0]);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 打开第一个源文件（a），以便读取

    int fileADescriptor = open(argv[1], O_RDONLY);

    if (fileADescriptor == -1) {

        displayError("Error opening the source file a");

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 打开第二个源文件（b），以便读取

    int fileBDescriptor = open(argv[2], O_RDONLY);

    if (fileBDescriptor == -1) {

        displayError("Error opening the source file b");

        close(fileADescriptor);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 打开目标文件（c），以便写入

    int fileCDescriptor = open(argv[3], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);

    if (fileCDescriptor == -1) {

        displayError("Error opening the destination file c");

        close(fileADescriptor);

        close(fileBDescriptor);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 复制第一个源文件（a）的内容到目标文件（c）

    if (copyContent(fileADescriptor, fileCDescriptor) == -1) {

        displayError("Error copying the source file a");

        close(fileADescriptor);

        close(fileBDescriptor);

        close(fileCDescriptor);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 复制第二个源文件（b）的内容到目标文件（c）

    if (copyContent(fileBDescriptor, fileCDescriptor) == -1) {

        displayError("Error copying the source file b");

        close(fileADescriptor);

        close(fileBDescriptor);

        close(fileCDescriptor);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 关闭文件描述符

    close(fileADescriptor);

    close(fileBDescriptor);

    close(fileCDescriptor);

    return EXIT_SUCCESS;

}

// 复制文件内容的函数

int copyContent(int srcFileDescriptor, int destFileDescriptor) {

    char buffer[BUFFER_SIZE];

    ssize_t bytesRead;

    while ((bytesRead = read(srcFileDescriptor, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {

        if (write(destFileDescriptor, buffer, bytesRead) != bytesRead) {

            return -1;

        }

    }

    if (bytesRead == -1) {

        return -1;

    }

    return 0;

}

// 显示错误信息的函数

void displayError(char *message) {

    perror(message);

}

运行结果截屏：（包含编译、运行命令）

3)以附加方式打开file1，以读方式打开file2，实现文件合并。（1分）

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

// 函数声明

void displayError(char *message);

int copyContent(int srcFileDescriptor, int destFileDescriptor);

int main(int argc, char *argv[]) {

    // 检查命令行参数的数量

    if (argc != 3) {

        printf("Usage: %s <source_file_b> <destination_file_a>\n", argv[0]);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 打开源文件（b），以便读取

    int fileBDescriptor = open(argv[1], O_RDONLY);

    if (fileBDescriptor == -1) {

        displayError("Error opening the source file b");

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 打开目标文件（a），以便附加内容

    int fileADescriptor = open(argv[2], O_WRONLY | O_APPEND);

    if (fileADescriptor == -1) {

        displayError("Error opening the destination file a");

        close(fileBDescriptor);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 复制源文件（b）的内容到目标文件（a）的末尾

    if (copyContent(fileBDescriptor, fileADescriptor) == -1) {

        displayError("Error copying the source file b");

        close(fileBDescriptor);

        close(fileADescriptor);

        return EXIT_FAILURE;

    }

    // 关闭文件描述符

    close(fileBDescriptor);

    close(fileADescriptor);

    return EXIT_SUCCESS;

}

// 复制文件内容的函数

int copyContent(int srcFileDescriptor, int destFileDescriptor) {

    char buffer[BUFFER_SIZE];

    ssize_t bytesRead;

    while ((bytesRead = read(srcFileDescriptor, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {

        if (write(destFileDescriptor, buffer, bytesRead) != bytesRead) {

            return -1;

        }

    }

    if (bytesRead == -1) {

        return -1;

    }

    return 0;

}

// 显示错误信息的函数

void displayError(char *message) {

    perror(message);

}

运行结果截屏：（包含编译、运行命令）

1. 编程实现一个简单的文件系统，要求实现以下功能：

文件创建    文件解密   文件显示    文件列目录  文件删除   

文件加密    文件合并    文件查询    文件复制    文件重命名  （选做题）       

注：

1. 选做该题的同学，不用做前面的题，直接提交这一道题的程序和结果即可，成绩直接给优秀。
2. 要求用系统功能调用实现文件的打开及操作。
3. 要求列出程序编译、运行过程以及执行结果截屏。
4. 结果截屏要求给出至少5个结果（比如，创建、加密、解密、合并、复制等）。
5. 5、编程实现一个二级文件系统，要求给出设计分析并列出程序编译、运行过程以及执行结果的部分截屏。（附加题）

三、实验总结和体会（1分）

通过本次操作系统文件操作实验，我对文件的打开、读写操作以及加密解密的实现有了更深入的了解。

在实验中，我学会了如何使用系统函数来打开文件，并对文件进行读写操作。我了解到文件的打开模式可以根据需要选择读取、写入或者读写模式，并且可以指定以二进制模式还是文本模式打开文件。另外，我也了解到可以使用fopen、fclose、fread、fwrite等系统函数来进行文件的打开、关闭、读取和写入操作。

我还学会了如何使用异或运算符实现简单的文件加密和解密。通过将密钥与文件内容进行异或操作，可以实现简单的加密和解密功能。虽然这种加密方式并不安全，但它给我展示了加密算法的基本原理。

通过本次实验，我进一步巩固了C语言的基本语法和文件操作的相关知识。我也意识到文件操作在实际应用中的重要性，不仅可以帮助我们处理和管理文件，还可以用于实现文件的安全保护。

总的来说，本次实验让我更深入地了解了文件操作和加密解密的实现方法，并让我更加熟悉和掌握了C语言的相关知识。通过实践，我对操作系统文件操作有了更深入的理解，这对我今后的学习和工作都是非常有益的。