分类: LINUX
2012-08-22 15:02:49
写在前面
1. 本文内容对应《UNIX环境高级编程》(第2版)》第3章。
2. 主要总结了UNIX系统下描述文件的三种数据结构,以及文件共享的相关概念。
3. 希望本文对您有所帮助,也欢迎您给我提意见和建议。
文件数据结构
表示文件的数据结构有三个:
l v节点结构,包含a)文件类型b)对此文件进行各种操作的函数的指针c)文件的i节点(索引节点)。i节点包含文件的所有者,文件长度,文件所在的设备,指向文件实际数据块在磁盘上所在位置的指针等等。Linux没有使用v节点,而是使用了通用i节点结构。
l 文件表项,内核为所有打开文件维持一张文件表,每个文件表项包含a)文件状态标志(读,写,添加,同步和非阻塞等)b)当前文件偏移量c)指向该文件v节点表项的指针。
l 文件描述符,每个进程在进程表中都有一个记录项,记录项中包含一张打开文件描述符表,可将其视为一个矢量,每个描述符占用一项。与每个文件描述符相关联的是a)文件描述符标志(FD_CLOEXEC,表示文件描述符在通过一个exec时仍保持有效)b)指向一个文件表项的指针。
文件共享
l 共享v节点。对于打开同一个文件的所有进程,它们共享该文件的v节点结构,但是可以拥有各自的文件表项,即不同的文件状态标志和当前偏移量。
l 共享文件表项。父子进程之间或者通过dup函数复制文件描述符,可以使不同文件描述符共享一个文件表项。
实验程序如下:
#include #include #include #include #include
int main(int argc, char *argv[]) { int fd1, fd2, fd3, flag; struct stat st1, st2; pid_t pid; char buf[6] = "hello"; off_t currpos;
if(argc != 2) { printf("usage: a.out exit(0); } fd1 = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK); fstat(fd1, &st1); printf("share inode: filesize=%d, before write, in parent./n", (int)st1.st_size); if((pid = fork()) < 0) { printf("fork error./n"); exit(0); } else if(pid == 0) { fd2 = open(argv[1], O_WRONLY | O_APPEND); if(write(fd2, buf, 6) != 6) printf("write error./n"); fstat(fd2, &st2); printf("share inode: filesize=%d, after write, in child./n", (int)st2.st_size); exit(0); }
sleep(1); fstat(fd1, &st1); printf("share inode: filesize=%d, after write, in parent./n", (int)st1.st_size); fd3 = dup(fd1); lseek(fd1, 10, SEEK_SET); currpos = lseek(fd3, 0, SEEK_CUR); printf("share file table entry: current offset is %d./n", (int)currpos); flag = fcntl(fd3, F_GETFL, 0); if((flag & O_NONBLOCK) != 0) printf("share file table entry: O_NONBLOCK of fd3 is on, before change fd1./n"); flag = fcntl(fd1, F_GETFL, 0); flag &= ~O_NONBLOCK; fcntl(fd1, F_SETFL, flag); flag = fcntl(fd3, F_GETFL, 0); if((flag & O_NONBLOCK) == 0) printf("share file table entry: O_NONBLOCK of fd3 is off, after change fd1./n"); exit(0); } |
运行结果如下:
pydeng@pydeng-laptop:~/apue.2e/mytest$ ./a.out tempfile share inode: filesize=612, before write, in parent. share inode: filesize=618, after write, in child. share inode: filesize=618, after write, in parent. share file table entry: current offset is 10. share file table entry: O_NONBLOCK of fd3 is on, before change fd1. share file table entry: O_NONBLOCK of fd3 is off, after change fd1. |
原子操作
由于存在文件共享,需要使用原子操作解决不同进程间的同步问题。主要的原子操作有三个:
l 在调用open函数时,设置O_APPEND标志,使进程在每次写操作前,先将文件偏移量定位到文件尾部。
l 在调用open函数时,同时设置O_CREAT和O_EXCL标志,使测试文件是否存在和创建文件两者成为一个原子操作。
l 使用pread和pwrite函数,原子性地执行seek和I/O。