系统编程(网络,文件基础)

狄加山6752025-01-10 4:08

网络链接

虚拟机和主机之间网络连接的主要模式有三种，分别是桥接模式（Bridged）、网络地址转换模式（NAT）以及主机模式（Host-Only）。以下是这三种模式的详细解释：

一、桥接模式（Bridged）

  1. 原理：在桥接模式下，虚拟机的虚拟网络适配器与主机的物理网络适配器进行桥接，使得虚拟机在网络中表现为一个独立的节点，与主机和其他网络设备处于同一网段。
  2. 特点 ：
    • 虚拟机可以访问网络中的其他设备，也可以被其他设备访问。
    • 虚拟机需要手动配置IP地址（或者通过DHCP自动获取），且该IP地址应与主机所在网段相匹配。
    • 由于虚拟机在网络中表现为独立节点，因此可能会占用网络中的DHCP资源，并可能造成IP地址冲突。

二、网络地址转换模式（NAT）

  1. 原理：NAT模式下，虚拟机通过主机的网络适配器访问外部网络（如互联网），但外部网络无法直接访问虚拟机。主机充当虚拟机的网关和NAT路由器，对虚拟机发出的数据包进行地址转换。
  2. 特点 ：
    • 虚拟机可以访问外部网络，但外部网络无法直接访问虚拟机（除非进行端口转发配置）。
    • 虚拟机通常会被分配一个私有IP地址，该地址在虚拟机和主机之间有效，与外部网络隔离。
    • NAT模式有助于保护虚拟机免受外部网络的直接攻击，并减少IP地址冲突的可能性。

三、主机模式（Host-Only）

  1. 原理：在主机模式下，虚拟机与主机通过虚拟网络适配器进行连接，形成一个独立的局域网。该局域网完全隔离于外部网络，因此虚拟机无法访问外部网络，也无法被外部网络访问。
  2. 特点 ：
    • 虚拟机只能与主机进行通信，无法访问外部网络。
    • 该模式适用于需要完全隔离的虚拟环境，如测试和开发环境。
    • 由于虚拟机与外部网络隔离，因此安全性较高，但同时也无法与外部网络进行交互。

虚拟机与主机之间的网络连接模式各有优缺点，用户应根据实际需求选择合适的模式。例如，对于需要与外部网络通信的虚拟机，可以选择桥接模式；对于需要访问外部网络但无需外部设备访问虚拟机的情况，可以选择NAT模式；对于需要完全隔离的虚拟环境，则可以选择主机模式。

文件操作

系统调用

系统调用，由操作系统直接提供，他们是通向操作系统（内核）本身的接口，针对文件操作来说，系统调用是最直接的方式。

文件操作函数参考（文件属性）

函数名 access
头文件 #include <fcntl.h> #include <unistd.h>
函数原型 int access(const char *pathname, int mode)
功能 确定文件或文件夹是否存在，访问权限
参数说明 pathname：要操作的文件名或路径，也可以是目录名； 注意：如果Pathname 为目录名，则mode 只能取值 F_OK,用来判断目录是否存在；2. mode ：判断模式，可取值如下： R_OK：判断文件是否有读权限 W_OK :判断文件是否有写权限 X_OK：判断文件是否有执行权限 F_OK：判断文件是否存在
返回值 如果指定的mode 方式有效，返回0，否则返回-1, 错误码放在errno

文件操作函数参考（打开文件）

函数名 open
头文件 #include <fcntl.h> #include <unistd.h>
函数原型 int open(const char *pathname, int flags);int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode );
功能 打开或创建文件
参数说明 pathname：要操作的文件名或路径；2. flags：文件打开方式，可取值如下： O_RDONLY：只读 O_WRONLY: 只写 O_RDWR： 读写 附加选项：O_APPEND，O_CREAT，O_TRUNC, ...3.mode：如果以新建方式打开文件，这个参数用于设置文件的访问权限,(详见下页)
返回值 如果成功，返回文件描述符，否则返回-1，错误码放在errno
c 复制代码 
S_IRWXU  00700 文件拥有者可读，可写，可执行
S_IRUSR   00400 文件拥有者可读
S_IWUSR  00200 文件拥有者可写
S_IXUSR   00100 文件拥有者可执行 

S_IRWXG  00070 组用户可读，可写，可执行
S_IRGRP   00040 组用户可读
S_IWGRP  00020 组用户可写
S_IXGRP   00010 组用户可执行

S_IRWXO  00007 其他组用户可读，可写，可执行
S_IROTH   00004 其他组用户可读
S_IWOTH  00002 其他组用户可写
S_IXOTH   00001 其他组用户可执行

文件操作函数参考（文件读取）

函数名 read
头文件 #include <fcntl.h> #include <unistd.h>
函数原型 ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
功能 从文件中读取数据
参数说明 fd：要操作的文件描述符；buf：数据缓冲区，用来临时存放读取到的数据：3.count：设置要读取的字节数
返回值 成功：返回实际读取到的字节数0 ：到达文件尾部，或没有可读的数据出错：返回 -1，并将错误码存入 errno 中

文件操作函数参考（文件写入）

函数名 write
头文件 #include <fcntl.h> #include <unistd.h>
函数原型 ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count)
功能 写数据到某个文件
参数说明 fd：要操作的文件描述符；buf：数据缓冲区，临时存放要写入的数据：count：要写入的字节数
返回值 成功：返回实际写入到文件的字节数出错：返回 -1，并将错误码存入 errno 中

文件操作函数参考（关闭文件）

函数名 close
头文件 #include <fcntl.h>#include <unistd.h>
函数原型 int close(int fd)
功能 关闭已打开的文件
参数说明 fd：要操作的文件描述符；
返回值 成功，返回0，失败返回-1，并将错误码放入 errno

文件操作函数参考（文件指针移动）

函数名 lseek
头文件 #include <fcntl.h> #include <unistd.h>
函数原型 off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)
功能 移动文件指针
参数说明 fd：要操作的文件描述符；offset：相对于whence 的偏移量：whence：移动方式，可取以下值： SEEK_SET: 文件头部 SEEK_CUR: 当前位置 SEEK_END: 文件末尾
返回值 成功：返回文件指针的偏移量出错：返回 -1，并将错误码存入 errno 中

练习

1.从命令行输入多个文件或目录，要求能一一判断出是否存在；

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 从命令行参数中获取文件或目录路径（跳过第一个参数，即程序名）
    for (int i = 1; i < argc; i++)
    {
        // 使用access函数检查文件或目录是否存在
        if (access(argv[i], F_OK) == 0)
        {
            printf("%s 存在\n", argv[i]);
        }
        else
        {
            printf("%s 不存在\n", argv[i]);
        }
    }
    return 0;
}

2.打开一个全英文的文本文件，对这个文件进行统计，统计有多少行？

c 复制代码 
#include <stdio.h> // 包含标准输入输出库，用于打印错误信息和使用printf函数
#include <stdlib.h> // 包含标准库，用于调用exit函数
#include <fcntl.h> // 包含文件控制库，用于open函数
#include <unistd.h> // 包含POSIX操作系统API，用于read和close函数

#define BUFFER_SIZE 1024 // 定义缓冲区大小为1024字节

int main(int argc, char *argv[]) {
    // 检查命令行参数数量，确保用户提供了一个文件名
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <filename>\n", argv[0]); // 打印使用说明
        exit(EXIT_FAILURE); // 退出程序，返回失败状态
    }

    const char *filename = argv[1]; // 从命令行参数中获取文件名
    int fd = open(filename, O_RDONLY); // 以只读方式打开文件，获取文件描述符
    if (fd == -1) { // 检查文件是否成功打开
        perror("open"); // 如果打开失败，打印错误信息
        exit(EXIT_FAILURE); // 退出程序，返回失败状态
    }

    ssize_t bytesRead; // 定义变量来存储每次read函数调用的返回值
    char buffer[BUFFER_SIZE]; // 定义缓冲区，用于存储从文件中读取的数据
    int lineCount = 0; // 定义变量来计数文件中的行数
    
    // 循环读取文件内容，直到read函数返回0（文件结束）或-1（出错）
    while ((bytesRead = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {
        for (ssize_t i = 0; i < bytesRead; i++) { // 遍历缓冲区中的每个字符
            if (buffer[i] == '\n') { // 如果字符是换行符
                lineCount++; // 行数加1
            }
        }
    }

    if (bytesRead == -1) { // 如果read函数返回-1，表示出错
        perror("read"); // 打印错误信息
        close(fd); // 关闭文件描述符
        exit(EXIT_FAILURE); // 退出程序，返回失败状态
    }

    // 打印文件名和行数
    printf("文件 %s 有 %d 行\n", filename, lineCount);

    // 关闭文件描述符
    close(fd);

    // 程序正常结束，返回成功状态
    return 0;
}

3.打开一篇全英文的文本文件，统计文章中有哪一个英文字母用的最多，用了多少次。

c 复制代码 
#include <stdio.h> // 引入标准输入输出库，用于printf和perror等函数
#include <stdlib.h> // 引入标准库，用于exit函数
#include <fcntl.h> // 引入文件控制库，用于open函数
#include <unistd.h> // 引入POSIX操作系统API，用于read和close函数

#define BUFFER_SIZE 1024 // 定义缓冲区大小为1024字节

// 自定义函数，检查字符是否为字母
int is_alpha(char ch)
{
    return (ch >= 'a' && ch <= 'z') || (ch >= 'A' && ch <= 'Z'); // 判断字符是否在'a'-'z'或'A'-'Z'范围内
}

// 自定义函数，将大写字母转换为小写字母
char to_lower(char ch)
{
    if (ch >= 'A' && ch <= 'Z') // 判断字符是否为大写字母
    {
        return ch + ('a' - 'A'); // 将大写字母转换为小写字母，通过ASCII码计算
    }
    return ch; // 如果不是大写字母，则直接返回原字符
}

int main(int argc, char *argv[]) // 程序的主入口
{
    if (argc != 2) // 判断命令行参数数量是否为2（程序名+文件名）
    {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <filename>\n", argv[0]); // 如果参数数量不对，则打印用法信息
        exit(EXIT_FAILURE); // 并以失败状态退出程序
    }

    const char *filename = argv[1]; // 获取文件名参数
    int fd = open(filename, O_RDONLY); // 以只读方式打开文件，并获取文件描述符
    if (fd == -1) // 如果文件打开失败
    {
        perror("open"); // 打印错误信息
        exit(EXIT_FAILURE); // 并以失败状态退出程序
    }

    ssize_t bytesRead; // 定义变量用于存储每次read函数调用的返回值
    char buffer[BUFFER_SIZE]; // 定义缓冲区用于存储从文件中读取的数据
    int letterCounts[26] = {0}; // 定义并初始化一个大小为26的数组，用于记录每个英文字母的出现次数
    char mostFrequentLetter = '\0'; // 定义变量用于存储出现次数最多的字母
    int maxCount = 0; // 定义变量用于存储出现次数的最大值

    while ((bytesRead = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) // 循环读取文件内容，直到读取不到数据为止
    {
        for (ssize_t i = 0; i < bytesRead; i++) // 遍历缓冲区中的每个字符
        {
            char ch = buffer[i]; // 获取当前字符
            if (is_alpha(ch)) // 如果当前字符是字母
            {                             // 
                ch = to_lower(ch);        // 将字母转换为小写
                letterCounts[ch - 'a']++; // 更新对应字母的计数（通过ASCII码计算索引）

                // 检查是否需要更新出现次数最多的字母
                if (letterCounts[ch - 'a'] > maxCount)
                {
                    maxCount = letterCounts[ch - 'a']; // 更新最大出现次数
                    mostFrequentLetter = ch; // 更新出现次数最多的字母
                }
            }
        }
    }

    if (bytesRead == -1) // 如果read函数调用失败
    {
        perror("read"); // 打印错误信息
        close(fd); // 关闭文件描述符
        exit(EXIT_FAILURE); // 并以失败状态退出程序
    }

    printf("文件"%s"中最常见的字母是"%c"，出现次数为 %d\n", filename, mostFrequentLetter, maxCount); // 打印结果信息

    close(fd); // 关闭文件描述符
    return 0; // 程序正常退出
}
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