COPY程式的編寫

（作者：Baron_wu 禁止轉載）

一、實驗描述

在這個實驗中，我們要做一個程式，這個程式是將一個檔案的內容複製到一個目標檔案。首先這個程式提示使用者輸入要複製的原始檔案的名字，以及要複製到的目標檔案的名字。
確保包括必要的錯誤檢查，包括確保原始檔案存在。再使用程式的同時我們要監視這個過程中所用到的系統呼叫。Linux可使用strace來完成。

二、相關原理與知識

（完成實驗所用到的相關原理與知識）
系統呼叫的工作方式：
一般的，程序是不能訪問核心的。它不能訪問核心所佔記憶體空間也不能呼叫核心函式。CPU硬體決定了這些（這就是為什麼它被稱作"保護模式"）。系統呼叫是這些規則的一個例外。其原理是程序先用適當的值填充暫存器，然後呼叫一個特殊的指令，這個指令會跳到一個事先定義的核心中的一個位置（當然，這個位置是使用者程序可讀但是不可寫的）。在Intel CPU中，這個由中斷0x80實現。硬體知道一旦你跳到這個位置，你就不是在限制模式下執行的使用者，而是作為作業系統的核心–所以你就可以為所欲為。
程序可以跳轉到的核心位置叫做sysem_call。這個過程檢查系統呼叫號，這個號碼告訴核心程序請求哪種服務。然後，它檢視系統呼叫表(sys_call_table)找到所呼叫的核心函式入口地址。接著，就呼叫函式，等返回後，做一些系統檢查，最後返回到程序（或到其他程序，如果這個程序時間用盡）。如果你希望讀這段程式碼，它在==<核心原始碼目錄>/kernel/entry.S，Entry(system_call)==的下一行。

圖為執行過程中使用者模式到核心模式的一個open函式的呼叫。

圖為引數存在記憶體的圖和表中，並將塊的地址通過暫存器來傳遞。

圖為c程式在呼叫printf時，c程式庫攔截這個呼叫來呼叫必要的作業系統呼叫write（）。然後c程式再將write的返回值返回給使用者。

三、實驗過程

（實際操作過程，相關截圖及解釋）

1. 建立一個copy.c檔案，寫入程式碼
   
   

2. 寫入的複製檔案的程式碼（一種方式為使用者在執行程式時就傳入引數，另一種方式為互動式讓使用者輸入引數<註釋掉的程式碼>。）

3. 編譯寫好的copy.c檔案
   

• strace 顯示這些呼叫的引數並返回符號形式的值。strace 從核心接收資訊，而且不需要以任何特殊的方式來構建核心。-o
  xxx.txt 輸出到某個檔案。./copy即為執行copy。
  

檢視複製後的檔案的內容

• 利用ls檢視所有生成的檔案，即由strace生成的copy.txt檔案以及複製後得到的copy1.c檔案
  
• 檢視生成的copy.txt檔案的內容

• 輸入strace -c ./copy來獲取複製過程中所呼叫的系統函式，可以看到此過程中呼叫的read、write、open、close…等函式。
  
• 實驗分析：根據指令strace -c ./copy可以看到在檔案複製過程中使用了檔案系統控制系統呼叫。

read：讀檔案
write：寫檔案
open：開啟檔案
close：關閉檔案描述字
fstat：取檔案狀態資訊
lseek：移動檔案指標
mmap：對映虛擬記憶體頁
mprotect:設定記憶體映像保護
munmap:去除記憶體頁對映
brk:改變資料段空間的分配
access:確定檔案的可存取性
execve:執行可執行檔案
arch_prctl:  函式設定架構的具體程序或執行緒狀態
 

原始碼

（源程式）c程式原始碼

    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        FILE * fin;
        FILE * fout;
        int ch;
        char *f_read = argv[1];
        char *f_write = argv[2];
        // printf("input the file :");
        // scanf("%s",f_read);
        // printf("input the new file name :");
        // scanf("%s",f_write);
        
        fin = fopen(f_read,"rb");
        fout = fopen(f_write,"wb");
        ch = getc(fin);
        while(ch != EOF)
        {
          putc(ch,fout);
          ch = getc(fin);
        }
        return 0;
        
    }

執行程式的指令：

1. vim copy.c開啟copy.c並進行編輯
2. gcc -o copy copy.c編譯copy.c生成copy程式
3. ./copy執行copy程式
4. cat copy1.c檢視複製後的檔案copy.txt的內容
5. strace -o copy.txt ./copy監視copy程式的執行，並生成一個copy.txt監視檔案
6. strace -c ./copy檢視執行copy程式時呼叫了那些系統呼叫