[POSIX]文件系统（概述）

1.文件名由除系统目录分隔符（unix是/,windows是\）和空字符“\0”外的任意ASCII字符组成，现代系统很多还可以包含UNICODE字符，但是还是推荐使用传统的ASCII码命名.

2.目录不能创建硬链接.

3.文件描述符是一个非负数.

4.文件描述符（fd）是一个非负数，每个进程的fd之间不存在联系，每个进程都有一个注1|进程表项，每个进程调用打开文件系统调用时，进程表项就会增加一条，每条的id就是fd，fd只会按照“从0开始（每个进程从各自的0开始），返回最小的未用的fd”的这个规则返回fd（通常0到2会被系统标准输出输入占用），不同进程打开同一个文件，会有不同的fd返回.

5.一般shell程序会把0、1、2三个文件描述符标准化为shell程序的输入输出和错误输出，换句话说文件描述符0到2已经被这3个标准输入输出占用了.

POSIX也定义了三个常量代表了这三个数字包含在unistd.h头文件上

STDIN_FILENO	0
STDOUT_FILENO	1
STDERR_FILENO	2

 

代码示例：

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(void){
    char s_1[] = "my error.\n";
    write(STDERR_FILENO, s_1, 10);
    return 0;
}

此代码片段会在控制台，输出"my error.\n".

6.在shell中启动的进程写入STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO会输出到屏幕，但是STDOUT_FILENO是带缓冲的IO，而STDERR_FILENO是即刻响应的.

7.由open和openat返回的文件描述符，一定是最小未用的文件描述符，利用这一特性，应用程序可以关闭掉标准的输入输出从而启动自行的输入输出.

代码示例：

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


int main(void){
    #define LEN 3
    char p_1[] = "./abc.txt";
    close(STDOUT_FILENO);
    int fd_1 = open(p_1, O_RDWR|O_APPEND|O_CREAT);
    
    printf("%d\n", fd_1);

    return 0;
}

以上代码关闭了标准输出，再把它重定向到了进程当前工作目录下的"./abc.txt"文件，这时进程的所有输出，都会被记录到"./abc.txt"上.

 8.具有缓冲的I/O，当输入或输出还不至于填满缓冲区时，实际只是I/O到缓冲区，只有在两种情况带缓冲的函数才会输出到设备：

     ---缓冲区被填满，缓冲区内容自动被刷出.

     ---程序正确退出（exit(0)），就算缓冲区不被填满也会被刷出.

 9.在shell终端，当键入回车键时终端进程实际上会执行两个动作.

    ---输入当前系统回车字符，至于输入什么字符通常是终端运行系统环境决定的，Unix体系为\n，Windows体系为\r\n.

    ---发送输入内容，也就是把输入内容写进STDIN.

10.一些带缓冲的，操作字符串的I/O函数，会在读取的返回内容长度n的位置自动填充\0，所以它读取的字符长度实际上只有n-1，例如fgets.

11.一些带缓冲的，操作字符串的I/O函数，在每次调用的时候会自动刷出缓冲区，就像调用fflush(fd)一样，例如fgets.

13.事实上，就算是不带缓冲的I/O函数，如read,write，也不会直接操作存储设备，传统unix系统实现在内核中设有缓冲区高速缓存或页高速缓存，大多数磁盘I/O都是通过缓冲区进行.举个例子，当进程A向文件A写入一个字符，内核并不会马上启动硬件把这一个字节写入存储设备，而是先填充在高速缓冲区，当进程B恰好向文件A读取此字符，内核会在缓冲区返回这个字符，同时会刷新缓冲区，这些操作，对于应用程序本身是感知不到的，除非你把存储设备同时绑定两个系统，如虚拟机和宿主共同访问一个存储设备，你会发现这个细节。

14.Unix还提供了一些函数来操作I/O高速缓存,通常还有一个守护进程定时将缓冲区的内容刷出缓冲区，详情请参考《Unix高级环境编程》3.13 函数sync、fsync和fdatasync.

15.当open/openat以O_APPEND标志打开文件时，调用lseek将不能改变write的偏移位，此时write的偏移位始终会在结尾开始，但是可以改变read的偏移位.

16.当文件不支持lseek时，可以调用lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR) == -1来判断，切忌一定要看是否等于-1，判断小于0没用，因为有些系统lseek支持设置为负值.

17.lseek仅将当前的文件偏移量记录在内核中，它并不引起任何I/O操作，因此在打开一个空文件，并设置偏移位，并不会为该文件写入任何东西，直到真正调用写入操作为止.

18.O_APPEND具有一定的特殊性，调用操作偏移位函数对write无效的根本原因是，每次write都会从v(i)-node获取文件长度作为自己的偏移量的特性，这就意味着你不能用无O_APPEND标志的fd设置一个跟文件长度对等的偏移位去模拟O_APPEND的行为.

19.当存在多个进程打开同一个文件，那么每个进程的这个fd会各自维护一个注2|文件表项，这个表包括文件状态标志（读,写,添,同步,非阻塞等信息）和当前文件偏移位，还有指向v(i)-node的指针。所以每个进程对于这个文件的操作偏移位不是共享的，这将会涉及到数据同步的问题，详情参考《Unix高级环境编程》3.10 文件共享 章节.

20.有些例外的情况，不同的进程或同进程不同的fd会引用同一个文件表，例如用来复制fd的dup函数和fork子进程时会发生这样的情况.

21.除root用户外，其余用户只能编辑属于自己名下的文件权限位，详情参考《Unix高级环境编程》4.9 章节.

22.只有root用户可以更新文件的所有者UID，而关于组GID，只有文件所有者可以修改组GID，详情参考《Unix高级环境编程》4.11 章节.

23.目录拥有者可以删除该目录下不属于自己或者不具备权限的文件.

24.一些文件系统不允许用户对目录创建硬链接（就算允许，也仅限于超级管理员），这是因为需要避免循环访问的原因，详情参考《Unix高级环境编程》4.15 章节.

25.一个文件只有一个iNode.

26.目录文件的block保存的是该目录下的目录项，目录项包含一个文件名和一个指向该文件iNode的指针.

27.重命名（或者改变文件路径），实际上是删除原有的目录项，新建一个指向该iNode的目录项.

28.硬链接会在block中创建目录项，目录项指向和这个文件的其他硬链接(如果有)同一个iNode上，关于这个iNode，每增加一个硬链接，就会在它的引用次数（stat.st_nlink）上加1，当删除该文件时，其实只是删除引用这个iNode的目录项，并且会在这个iNode的引用次数上减1，直到引用次数为0时，系统调用才会真正删除这个iNode，并回收它指向的block.

29.软连接则是一个单独的文件，拥有单独的iNode，这个文件的iNode表项中S_IFLNK表明这个文件是一个符号链接，iNode指向block，而block中包含了需要指向的文件的完整文件名（参考《Unix高级环境编程》4.14 章节），删除它并不影响它指向的文件.

30.硬链接要求文件在同一个文件系统，而软连接可以跨文件系统。只有超级用户才有权限为目录增加硬链接.

31.mkdir创建新文件目录时，会自动创建.和..这两个目录项，它们分别指向自己和自己的上一级，详情参考《Unix高级环境编程》4.21 章节.

 

 

注1|进程表项

标志	说明
close_on_exec	通常0（系统默认，exec时不关闭）或1（在exec时关闭），但是标准起见，POSIX定义了FD_CLOEXEC这个常量，代表在exec时关闭
文件指针	指向文件表项的指针

 

*如表格所示，Unix系统目前只定义了一种文件描述符标志

 

 

 

注2|文件表项

标志	说明
文件状态标志	打开文件的方式标志位
当前文件偏移量
v(i)-node指针	指向v(i)-node的指针