APUE学习笔记(4)-文件共享

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。

 

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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。

 

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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 <fcntl.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/stat.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

 

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 <filename>/n");

       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.

 

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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 。