Linux系统级I/O课后作业

1、分析程序testseek.c执行后，infile文件的内容是什么并进行验证。

#include "wrapper.h"int main()
{char  s1[6], s2[6];int  fd;fd = Open("infile" , O_RDWR, 0);lseek(fd,10, SEEK_SET);Read(fd, s1 , 5);s1[5]='\0';printf("读出的内容是: %s\n",s1);strcpy(s2, "12345");lseek(fd,-5, SEEK_CUR);Write(fd , s2 , 5 ) ;close(fd);exit (0) ;
}

答案：ABCDEFGHIJ12345OPQRST

2、创建测试文件infile，内容为“abcdefghijklmnopqrstuvwxyz”；写一个程序，在文件末尾追加一个指定字符’#’，在开始位置写入字符‘^’，在指定位置写入字符’&’；请问程序执行后infile文件的内容是什么？

答案：^abcdefghijklmnopqrs&tuvwxyz#

3、编写一个程序，创建一个大小为100MB的大文件。

代码片段：

fd = open("newFile",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0777);
lseek(fd,100*1024*1024,SEEK_SET);

4、分析以下程序执行后，文件data的大小是多少？

int main()
{int df,loc1,loc2;char ch;fd = open("data", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0777);lseek(fd,12345678,SEEK_SET);write(fd,&ch,1);close(fd);
}

答案：12345679 字节

5、编写程序，把下列变量的值写入文件data1，然后读回显示。

unsigned char a=128;
unsigned short c = 32700;
unsigned char ar[5] = {129,254,131,112,178};

程序：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>int main()
{unsigned char a=128;unsigned short c = 32700;unsigned char ar[5] = {129,254,131,112,178};unsigned char ra;unsigned short rc;unsigned char rar[5];int i;int fd = open("data1", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0777);write(fd,(void*)&a,sizeof(char));write(fd,(void*)&c,sizeof(short));for(i = 0; i < 5; i++)write(fd,(void*)&ar[i],sizeof(char));lseek(fd,0,SEEK_SET);read(fd,(void*)&ra,sizeof(char));read(fd,(void*)&rc,sizeof(short));printf("%d\n",ra);printf("%u\n",rc);for(i = 0; i < 5; i++){    read(fd,(void*)&rar[i],sizeof(char));printf("%d ",rar[i]);}printf("\n");
}

6、假设文件a.txt 和 b.txt 都存在，有一下一段代码：

int fd1,fd2,fd3,fd4;
fd1 = open("a.txt", O_RDONLY,0);
fd2 = open("b.txt", O_WRONLY,0);
fd3 = dup(fd1);
fd4 = dup2(fd4,0);

请给出执行这段代码后fd1、fd2、fd3、fd4的值。

答案：fd1 = 3 、fd2 = 4、 fd3 = 5、 fd4 = 0

7、编写程序 Cat.c，实现命令cat的功能以显示文本文件的内容，比如执行"./cat /etc/passwd" 命令时，在终端显示文件/etc/passwd的内容。

程序：

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{int read_ret;if(argc < 2){printf("ERROR\n");return -1;}FILE *fp = fopen(argv[1], "r");if(fp == NULL){printf("ERROR\n");return -1;}while(1){read_ret = fgetc(fp);if(feof(fp)){  printf("\n");break;}fputc(read_ret,stdout);}
}

8、编写程序Hex.c，以十六进制形式显示文件内容，每个字节用两个十六进制数字表示，每行显示40个字节内容。比如字符’a’的ASCII码是 0x61，如果某个文件的内容是’aaaa’，则显示结果应该是“61 61 61 61”。

代码：

#include <stdio.h>int main(int argc, char *argv[])
{int read_ret;if(argc < 2){printf("ERROR\n");return -1;}FILE *fp = fopen(argv[1], "r");if(fp == NULL){printf("ERROR\n");return -1;}int i = 1;while(1){read_ret = fgetc(fp);if(feof(fp)){  printf("\n");break;}if(i == 1){printf("%2x",read_ret); i++;}else if(i < 40){printf("%3x",read_ret);i++;}else{printf("%3x\n",read_ret);i = 1;}}
}

9、假设文件infile的内容是“abcdefghijklmnopqrstuvwxyz\n”，请写出以下程序的输出结果：

#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
int main()
{int fd, loc1,loc2;char ch;fd = open("infile",O_RDONLY,0);loc1=lseek(fd,10,SEEK_CUR);read(fd,&ch,1);loc2=lseek(fd,0,SEEK_END);printf("loc1=%d ch=%c,loc2=%d\n",loc1,ch,loc2);close(fd);
}

输出：

loc1=10、ch=k、loc2=27

10、有一个元素类型为T的数组a,定义为“T a[n];”,其中N 为常量。已将数组写入新文件 fa，描述符为fd。

（1）计算元素a[k]距数组a起始位置的字节偏移量。

（2）计算元素a[k]在文件fa中的位置。

（3）定义变量“T e”，写一段代码，从文件fd将元素a[k]的内容读入变量e。

答案：

（1）sizeof(T) * k

（2）sizeof(T) * k

（3）lseek(fd,sizeof(T) * k, SEEK_SET);
read(fd,&e,sizeof(T));

11、编写程序，输入5个学生的成绩信息，包括学号、姓名、语文、数学、英语，成绩允许有一位小数，存入一个结构体数组，该结构体的定义为：

typedef struct _subject
{char sno[20];char name[20];float chinese;float math;float english;
}subject;

将学生信息逐条写入数据文件data，最后读回1、3、4条学生成绩记录，显示出来，检查读出结果是否正确。

程序：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>typedef struct _subject
{char sno[20];char name[20];float chinese;float math;float english;
}subject;int main()
{subject subs[5] = {{"2000","谭伟恒",100,95.5,90.5},{"2001","谭伟哥",99,94.5,89.5},{"2002","谭伟人",98,93.5,88.5},{"2003","谭伟天",97,92.5,87.5},{"2004","谭伟的",96,91.5,86.5}};int fd,i;fd = open("data",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0777);for(i=0; i<5; i++)write(fd,(void*)&subs[i],sizeof(subject));close(fd);subject sub;fd = open("data",O_RDONLY,0);for(i = 0; i < 5; i++){read(fd,(void*)&sub,sizeof(subject));if(i == 0 || i == 2 || i == 3)printf("%s  %s  %f  %f  %f\n",sub.sno,sub.name,sub.chinese,sub.math,sub.english);}close(fd);
}

输出：

12、假设数组var的元素类型为T、大小为N、其定义为T var[N]。请编写程序，将其内容写入文件data，要求除最后的write函数调用外，每次写操作传输的字节数为B。

程序：

#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>using namespace std;template<typename T>
void writeArray(T * var, int n, const char * name)
{int fd,i;int B = sizeof(T);fd = open(name,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0777);for(i=0; i<10; i++)write(fd,(void*)&var[i],B);close(fd);
}template<typename T>
void readArray(T * var, int n, const char * name)
{int fd,i;int B = sizeof(T);T temp;fd = open(name,O_RDONLY,0);for(i=0; i<10; i++){    read(fd,&temp,B);cout<<temp<<" ";}cout<<endl;close(fd);
}int main()
{int var[10] = {101,102,103,104,105,106,107,108,109,110};writeArray(var,10,"data");readArray(var,10,"data");
}

13、结合文件I/O 内核数据结构，说明open和close函数的执行过程，为何读写文件之前要打开文件？

答案：

当程序中执行open函数打开时文件时，系统首先检查该文件的v_node是否存在，若不存在，则先为其创建其v_node，将文件的属性从外存读入v-node；接着，创建其文件表(file table)表项，设置读写方式、读写位置、v-node指针，访问计数器置为1；然后，在进程的描述符表中找到索引号最小的空闲表项，在其中填入文件表表项的指针，返回描述符表项的索引号。

调用close函数关闭某个文件时，如果v-node引用计数大于1，则计数值减1，仅当关闭文件对象引用计数为1的文件时，才能销毁文件对象。

14、假设文件a.txt 的内容是"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"，文件b.txt的内容是"0123456789"，当前进程对两个文件都有读写权限，请写出下列函数的输出结果。

输出：

The oldfd1 file descriptor =3

The oldfd2 file descriptor =4

The newfd file descriptor =5

The newfd2 file descriptor =0

I have read from a.txt：abcdefgh

15、阅读下面的程序，按要求回答问题

int main()
{int fd;fd = open("f2.txt",O_RDWR|O_CREAT,0621);close(fd);
}

程序编译完后执行如下命令，请写出文件f2.txt的权限

$umask -p 0022
$./f2
$ls -l f2.txt

答案：文件f2.txt权限为 0601

16、文件f31.txt的内容为空，文件f3.txt的内容为“123456789abcdefg\n”，请写出下面程序p3.c运行后，f32.txt文件的内容。

int main()
{int rbytes,wbytes,fd1,fd2;char buf[10];fd = open("f3.txt",O_RDONLY,0);lseek(fd,-10,SEEK_END);rbytes = read(fd1,buf,5);buf[5] = '\0';fd2 = open("f31.txt",O_WRONLY,0777);close(1);dup(fd2);close(fd2);printf("%s\n",buf);close(fd1);
}

输出：89abc

17、分析和验证下列程序的输出

#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
main()
{int fd1,fd2,fd3;fd1 = open("f1",O_RDWR);fd2 = open("f2",O_RDWR);printf("fd1=%d\nfd2=%d\n",fd1,fd2);close(fd1);fd3 = open("f3",O_RDWR);printf("fd3=%d\n",fd3);close(fd2);close(fd3);
}

输出：

fd1=6
fd2=7
fd3=6

注释：理论上应该是3，4，3才对，但是跑出来的结果是6，7，6……求大佬解释……

18、假定用户对当前目录下存在的 f1.txt和 f2.txt两个文件都有读权限，下面程序输出是什么？

int main()
{int fd1,fd2;fd1 = open("f1.txt",O_RDDNLY,0); //印刷错误，应该为O_RDONLYdup(fd1);dup2(fd1,6);fd2 = open("f2.txt",O_RDDNLY,0); //印刷错误，应该为O_RDONLYprintf("fd2 = %d\n",fd2);exit(0);
}

输出：

fd2 = 8

注释：理论上应该是5才对，但是跑出来的结果是8……求大佬解释……

19、假设磁盘文件f.txt 由六个ASCII码字符“silent”组成。写出下列程序的输出。

int main()
{int fd1, fd2;char c;fd1 = open("f.txt",O_RDONLY,0);fd2 = open("f.txt",O_RDONLY,0);read(fd1,&c,1);printf("c1 = %c\n",c);read(fd2, &c, c);printf("c2=%c\n",c);exit(0);
}

输出：

c1 = s
c2 = s

20、假设文件test.txt存在，当前用户具有读写权限，请写出下列程序的输出结果。

int main()
{int fd1,fd2,fd3;fd1 = open("test.txt",O_RDWR | O_TRUNC);fd2 = dup(fd1);printf("fd2=%d\n",fd2);close(0);fd3=dup(fd1);printf("fd3=%d\n",fd3);
}

输出：

fd2=7
fd3=0

注释：理论上应该是4，0才对，但是跑出来的结果是7，0……求大佬解释……

21、下面是一段关于系统I/O的程序，请认真阅读并按要求回答问题。

int main()
{int rbytes,wbytes,fd1,fd2;char buf;fd1 = open("f1a.txt",O_RDONLY,0);fd2 = open("f1b.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0600);while(rbytes=read(fd1,buf,1)>0){if(buf>'a' && buf <='z')buf=toupper(buf);wbytes=write(fd2,&buf,rbytes);}close(fd1);close(fd2);
}

成果执行上面的程序后，执行下面两条命令：

$cat f1a.txt
2016 linux exam GOOD!GOOD!
$cat f1b.txt

输出：

2016 LINUX EXAM GOOD!GOOD!

22、为测量某个函数func的执行时间，通常可调用函数gettimeofday，取得代码段执行前后的系统时间t1,t2，如下所示：

M1 = gettimeofday();
for(i =0; i < N; i++)func();
M2 =gettimeofday();

将两者相减，得到代码段for(i =0; i < N; i++) func();的测量时间为 M2-M1

（1）请给出func()函数的测量时间M的表达式。

（2）假设时间测量误差是Delta1，代码段for(i =0; i < N; i++)的执行时间为Delta2，不考虑多任务切换带来的影响，请给出func()函数的真实执行时间T，讨论如何减少测量误差。

答案：

（1）M= (M2 -M1)/N

（2）真实执行时间测量误差为（Delta1+Delta2）/ N，由于Delta1为定值，通过增大N可减少测量误差

23、在Linux环境下，调用库函数gettimeofday，测量一个代码段的执行时间。请写一个程序，测量一次read和一次fread函数调用所需要的执行时间，并对测量结果给出解释。

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/time.h>int main()
{int fd1;FILE *fp;char buf;struct timeval time_start;struct timeval time_end;fd1 = open("test.txt",O_RDONLY);fp = fopen("file.txt", "r");gettimeofday(&time_start,NULL);read(fd1,&buf,1);gettimeofday(&time_end,NULL);double wa= time_end.tv_usec - time_start.tv_usec;double sa= time_end.tv_sec - time_start.tv_sec;double ms = wa / 1000.0 + sa * 1000.0;printf("%lfms\n",ms);gettimeofday(&time_start,NULL);fread(&buf, 1, 1, fp);gettimeofday(&time_end,NULL);wa= time_end.tv_usec - time_start.tv_usec;sa= time_end.tv_sec - time_start.tv_sec;ms = wa / 1000.0 + sa * 1000.0;printf("%lfms\n",ms);close(0);
}

输出结果：

0.002000ms
0.021000ms
fread，自动分配缓存,速度相对read会快