绕过操作系统,c语言直接读写ext2

    本节用 Ｃ语言，绕过 linux 操作系统，直接操作 ext2 文件系统， 写出读写前面几讲中的用来模拟 ext2 文件系统的 disk 文件。
    disk 的 0x430 位置是一个日期，我们用 C 对其读取和修改。

用到的系统函数：

1. open 函数

• 功能描述：用于打开或创建文件，在打开或创建文件时可以指定文件的属性及用户的权限等各种参数。
• 所需头文件: <sys/types.h> <sys/stat.h> <fcntl.h>
• 函数原型:int open(const char* pathname, int flags, int perms)

 · pathname: 被打开的文件名（可包括路径名如"dev/ttyS0"）
 · flags: 文件打开方式,
 · O_RDONLY:以只读方式打开文件
 · O_WRONLY:以只写方式打开文件
 · O_RDWR:以读写方式打开文件
 · O_CREAT:如果改文件不存在，就创建一个新的文件，并用第三个参数为其设置权限
 · O_EXCL:如果使用O_CREAT时文件存在，则返回错误消息。这一参数可测试文件是否存在。此时open是原子操作，防止多个进程同时创建同一个文件
 · O_NOCTTY:使用本参数时，若文件为终端，那么该终端不会成为调用open()的那个进程的控制终端
 · O_TRUNC:若文件已经存在，那么会删除文件中的全部原有数据，并且设置文件大小为0
 · O_APPEND:以添加方式打开文件，在打开文件的同时，文件指针指向文件的末尾，即将写入的数据添加到文件的末尾
 · O_NONBLOCK: 如果pathname指的是一个FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选择项为此文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式。
 · O_SYNC:使每次write都等到物理I/O操作完成。
 · O_RSYNC:read 等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行
在open()函数中，falgs参数可以通过“|”组合构成，但前3个标准常量（O_RDONLY，O_WRONLY，和O_RDWR）不能互相组合。
 · perms:被打开文件的存取权限，可以用两种方法表示，可以用一组宏定义：S_I(R/W/X)(USR/GRP/OTH),其中R/W/X表示读写执行权限，
 · USR/GRP/OTH分别表示文件的所有者/文件所属组/其他用户,如S_IRUUR|S_IWUUR|S_IXUUR,（-rex------）,也可用八进制800表示同样的权限

 · 成功：返回文件描述符
 · 失败：返回-1

2. close 函数

• 功能描述： 用于关闭一个被打开的的文件

• 所需头文件： <unistd.h>

• 函数原型: int close(int fd)

• 参数：fd文件描述符

• 函数返回值：0成功，-1出错

3. read 函数

• 功能描述： 从文件读取数据。

• 所需头文件： <unistd.h>

• 函数原型：ssize_t read(int fd, void * buf, size_t count);

 · fd： 将要读取数据的文件描述词。
 · buf：指缓冲区，即读取的数据会被放到这个缓冲区中去。
 · count： 表示调用一次read操作，应该读多少数量的字符。

• 返回值：返回所读取的字节数；0（读到EOF）；-1（出错）。

以下几种情况会导致读取到的字节数小于 count ：

    A. 读取普通文件时，读到文件末尾还不够 count 字节。例如：如果文件只有 30 字节，而我们想读取 100 字节，那么实际读到的只有 30 字节，read 函数返回 30 。此时再使用 read 函数作用于这个文件会导致 read 返回 0 。
    B. 从终端设备（terminal device）读取时，一般情况下每次只能读取一行。
    C. 从网络读取时，网络缓存可能导致读取的字节数小于 count字节。
    D. 读取 pipe 或者 FIFO 时，pipe 或 FIFO 里的字节数可能小于 count 。
    E. 从面向记录（record-oriented）的设备读取时，某些面向记录的设备（如磁带）每次最多只能返回一个记录。
    F. 在读取了部分数据时被信号中断。
读操作始于 cfo 。在成功返回之前，cfo 增加，增量为实际读取到的字节数。

4. write 函数

• 功能描述： 向文件写入数据。
• 所需头文件：<unistd.h>
• 函数原型：ssize_t write(int fd, void * buf, size_t count);
• 返回值：写入文件的字节数（成功）；-1（出错）

write 函数向 filedes 中写入 count 字节数据，数据来源为 buf 。返回值一般总是等于 count，否则就是出错了。常见的出错原因是磁盘空间满了或者超过了文件大小限制。

对于普通文件，写操作始于 cfo 。如果打开文件时使用了 O_APPEND，则每次写操作都将数据写入文件末尾。成功写入后，cfo 增加，增量为实际写入的字节数。

5. lseek 函数

• 功能描述： 用于在指定的文件描述符中将将文件指针定位到相应位置。
• 所需头文件：<unistd.h>，<sys/types.h>
• 函数原型：off_t lseek(int fd, off_t offset,int whence);

 · fd:文件描述符
 · offset:偏移量，每一个读写操作所需要移动的距离，单位是字节，可正可负（向前移，向后移）
 · whence:
SEEK_SET:当前位置为文件的开头，新位置为偏移量的大小
SEEK_CUR:当前位置为指针的位置，新位置为当前位置加上偏移量
SEEK_END:当前位置为文件的结尾，新位置为文件大小加上偏移量的大小

成功：返回当前位移
失败：返回-1

• 其实就是简单的调用上面几个函数

MFile.h

#ifndef __CMFILE_H__
#define __CMFILE_H__

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <stdarg.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <net/if.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>


#define     MFILE_OK           0
#define     MFILE_OPEN         -1
#define     MFILE_SEEK         -2
#define     MFILE_READ         -3
#define     MFILE_WRITE        -4

int             MFileOpen(char* cpFileName);
int             MFileClose();

int             MFileRead(void* vpOutBuf, unsigned int uiReadLen, off_t liFrom);
int             MFileWrite(void* vpInBuf, unsigned int uiWriteLen, off_t liFrom);
unsigned char   MFileReadByte(off_t liFrom);
int             MFileWriteByte(unsigned char ucWriteData, off_t liFrom);




#endif

MFile.c

 #include "../include/CMFile.h"

static int m_fd = 0;

int MFileOpen(char* cpFileName)
{
    m_fd = open(cpFileName, O_RDWR);
    if(0 > m_fd){
        printf("%s open error, Message: %s\n", __FUNCTION__, strerror(errno));
        return MFILE_OPEN;
    }
    return MFILE_OK;    
}

int MFileClose()
{
    if(0 < m_fd){
        close(m_fd);
    }

    return MFILE_OK;
}

int MFileRead(void* vpOutBuf, unsigned int uiReadLen, off_t liFrom)
{
    off_t addr = lseek(m_fd, liFrom, SEEK_SET);
    if(-1 == addr){
        printf("%s lseek error, Message: %s\n", __FUNCTION__, strerror(errno));
        return MFILE_SEEK;
    }

    // memset(vpOutBuf, 0, sizeof(vpOutBuf));

    int num = read(m_fd, vpOutBuf, uiReadLen);
    if(-1 == num){
        printf("%s read error, Message: %s\n", __FUNCTION__, strerror(errno));
        return MFILE_READ;
    }

    return num;
}

int MFileWrite(void* vpInBuf, unsigned int uiWriteLen, off_t liFrom)
{
    off_t addr = lseek(m_fd, liFrom, SEEK_SET);
    if(-1 == addr){
        printf("%s lseek error, Message: %s\n", __FUNCTION__, strerror(errno));
        return MFILE_SEEK;
    }

    int num = write(m_fd, vpInBuf, uiWriteLen);
    if(-1 == num){
        printf("%s write error, Message: %s\n", __FUNCTION__, strerror(errno));
        return MFILE_WRITE;
    }

    return num;
}

unsigned char MFileReadByte(off_t liFrom)
{
    unsigned char rtn = 0;

    if(-1 == MFileRead(&rtn, 1, liFrom)){
        printf("%s read error, Message: %s\n", __FUNCTION__, strerror(errno));
        return MFILE_READ;
    }

    return rtn;
}

int MFileWriteByte(unsigned char ucWriteData, off_t liFrom)
{
    if(-1 == MFileWrite(&ucWriteData, 1, liFrom)){
        printf("%s write error, Message: %s\n", __FUNCTION__, strerror(errno));
        return MFILE_WRITE;
    }

    return MFILE_OK;
}

main.c

#include "../include/CMFile.h"

int main()
{
    char fileName[] = "../../tmp/disk";
    unsigned char rbuf[128] = {0};
    unsigned char wbuf[] = {123, 221, 222, 111};    // 原来0x430 起的四个字节为 32, 207, 235, 90

    if(0 > MFileOpen(fileName)){
        printf("MFileOpen error\n");
        return -1;
    }

    // 测试连续读取
    printf("\ntest MFileRead ------------------------------\n");
    int num = MFileRead(rbuf, 4, 0x430);
    printf("read %s %d bytes from addr: %x, res: \n", fileName, num, 0x430);
    for(int i=0; i<num; i++){
        printf("%d ", rbuf[i]);
    }
    printf("\n");

    // 测试连续写入
    printf("\ntest MFileWrite ------------------------------\n");
    num = MFileWrite(wbuf, 4, 0x430);
    printf("write %s %d bytes from addr: %x, res: \n", fileName, num, 0x430);    
    num = MFileRead(rbuf, 4, 0x430);
    printf("read %s %d bytes from addr: %x, res: \n", fileName, num, 0x430);
    for(int i=0; i<num; i++){
        printf("%d ", rbuf[i]);
    }
    printf("\n");

    // 测试单字节读取
    printf("\ntest MFileReadByte ------------------------------\n");
    unsigned char res = MFileReadByte(0x430);
    printf("read byte: %d\n", res);

    // 测试单字节写入
    printf("\ntest MFileWriteByte ------------------------------\n");
    MFileWriteByte(32, 0x430);
    res = MFileReadByte(0x430);
    printf("read byte: %d\n", res);

    MFileClose();

    return 0;
}

• 结果如下：