泉州模板建站软件,成都搭建公司,腾讯企业邮箱电脑版登录入口,免费好用的crm系统假定外部存储设备为磁盘#xff0c;文件如果没有被使用#xff0c;那么它静静躺在磁盘上#xff0c;如果它被使用#xff0c;则文件将被加载进内存中。故此#xff0c;可以将文件分为内存文件和磁盘文件。 内存文件 磁盘文件 软、硬链接 一.内存文件 1.1 c语言的文件接口 …假定外部存储设备为磁盘文件如果没有被使用那么它静静躺在磁盘上如果它被使用则文件将被加载进内存中。故此可以将文件分为内存文件和磁盘文件。 内存文件 磁盘文件 软、硬链接 一.内存文件 1.1 c语言的文件接口
fopenFILE *fopen(const char *path, const char *mode); mode r 读方式w写打开即清空文件a追加方式 fcloseint fclose(FILE *fp);fwritesize_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);fgetschar *fgets(char *s, int size, FILE *stream);fputsint fputs(const char *s, FILE *stream);snprintfint snprintf(char *str, size_t size, const char *format, …); 1.2 系统接口 1.2.1 open 返回值返回一个文件描述符下文讨论pathname指定文件路径flags位图可以用宏来指定打开方式 O_RDONLY读方式O_WRONLY: 写方式O_CREAT 不存在则创建O_TRUNC 打开后会清空文件O_APPEND追加方式打开不清空文件 mode 指定创建文件时的起始权限
// 1.读时的open写法
int fd open(log.txt, O_RDONLY);// 2.清空写时的open写法
int fd1 open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC);//3.追加写时的open写法
int fd2 open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND);当一个进程要打开文件时操作系统将文件的属性加载到内存中根据这些属性创建一个struct file结构体并且将该结构体与进程控制块task_struct建立联系。
1.2.2 close fd 文件描述符open返回值。
1.2.3 write count写入字节数
1.2.4 read 1.3 文件描述符-file descriptor
操作系统将文件加载进内存创建对应的struct file 结构体并且与struct task_struct建立联系。在Linux中task_struct 内部有一个 struct files_struct 字段这个结构体里面有struct file* fd_array[]数组file descriptor就是这个数组的下标。如图
1.3.2 文件描述符本质
文件描述符的本质就是struct file*fd_array 数组中的下标当操作系统创建文件结构体struct file时将该结构体地址填入数组中至此进程与文件建立了联系。 操作系统从开始扫描数组遇到空位置则填入地址给调用进程返回数组下标即文件描述符。 观察上面代码发现文件描述符是从3开始的这是因为c语言中默认打开三个文件标准输入-stdin标准输出-stdout标准错误-stderr它们对应数组的 0 1 2stdout和stderr默认都指向显示器。
1.4 struct file 与 struct FILE
struct file是内核级别的结构体而struct FILE是c语言库中定义的结构体这两者之间没有任何关系。struct FILE内部有一个文件描述符int fd; 字段。当进程读写文件时os会根据文件描述符找到对应的struct file结构体然后进行读写操作。
1.5 重定向
重定向有三种输出重定向追加重定向输入重定向
输出重定向我们可以在命令行中输入命令ls . text这样原本打印在显示器上的消息就打印到文本text中了这叫做输出重定向。追加重定向输出重定向会先清空文件然后写入内容追加重定向不清空文件在文件末尾追加内容输入重定向在命令行中输入cat text原本是从键盘读取字符然后重定向到从text中读取字符 这就是输入重定向。
为什么ls . text可以将打印到显示器上的数据打印到text中的呢在Linux中命令ls是一个程序它也是用c语言编写的所以是用printf来进行打印的而printf默认会打印到stdout对应的文件中stdout中的fd为1如果我们将数组下标为1的元素内容从显示器改变为目标文件那么这样就做到了将打印到显示器上的数据打印到text中。输入重定向也是同理改变文件描述符的指向即可。即重定向的原理就是改变数组元素的指向。这种改变是上层无法获知的所以stdout依旧认为它对应的文件是显示器。
1.5.1 重定向的三种方式
命令行
./test text 21 : 将test的执行结果输出到text中并且将1号文件描述符的内容靠别到2号文件描述符中即stderr也会输出到text中./test 1log 2err :将标准输出改变为log标准错误改变为err
dup2(int oldfd, int newfd);
例如dup2(3, 2); 将3号文件描述符的内容拷贝到2号文件描述符中
先关闭1号文件描述符然后调用open
close(1);
int fd open(log.txt, O_WRONLY|O_CREAT|_TRUNC); // 11.6 内核级缓冲区和用户级缓冲区
c语言库中struct FILE结构体中有一个缓冲区用来暂存数据这个缓冲区叫做用户级缓冲区。内核结构体struct file 中有一个缓冲区用来暂存数据这个缓冲区叫做内核级缓冲区。缓冲区的目的是为了提高IO效率。用户级缓冲区的刷新策略‘
无缓冲行缓冲显示器 遇到换行符将数据刷新到内核级缓冲区全缓存普通文件当缓冲区满了才将数据刷新到内核级缓冲区
内核级缓冲区的刷新策略由os系统决定当然我们可以调用fsync()强制刷新。
1.6.1 数据流动方式
当程序调用printf函数时先将字符串拷贝到用户缓冲区然后结合相关刷新策略调用write函数将字符串从用户缓冲区拷贝到内核缓冲区最后os结合刷新策略将数据刷新到外设中这就是数据的流动方式。共经历三次拷贝。
1.6.2 代码示例-缓冲区
#includestdio.h
#includeunistd.h
#includefcntl.h
#includesys/types.h
#includesys/stat.h
#includestring.hint main()
{// 情况1printf(hello world!\n);// 情况2 printf(hello world!);const char* msg tieite\n; write(1,msg, strlen(msg)), fork();return 0;
}
情况1输出结果情况2输出结果
为什么会有这样奇怪的结果呢这与缓冲区的刷新策略有关因为printf默认输出到显示器而显示器的刷新策略是行刷新所以情况1正确执行。而情况2中没有换行符所以数据留在用户缓冲区中没有刷新到内核缓冲区等调用fork的时候创建子进程子进程又继承了父进程的代码和数据故此就有了两份数据“hello world”当父子进程退出时都会刷新用户缓冲区于是内核缓冲区中就有两份hello world。
二.磁盘文件 2.1 磁盘
磁盘是计算机主要的存储介质可以存储大量的二进制数据并且断电后也能保持数据不丢失。早期计算机使用的磁盘是软磁盘Floppy Disk简称软盘如今常用的磁盘是硬磁盘[Hard disk](https://baike.baidu.com/item/Hard disk/2806058?fromModulelemma_inlink)简称硬盘。现在的pc大部分都用的是SSD固态硬盘电。
2.2 磁盘的物理结构 磁盘中有许多盘片每一个盘片都有两个盘面盘面上有若干磁道磁道由若干扇区组成磁盘的基本存储单元是扇区512字节多个盘片同半径的所有磁道构成一个柱面 2.3 硬件寻址方法-CHS
确定一个扇区的方式先定位在哪个盘面上磁头head然后在定义哪个柱面cylinder磁道最后根据扇区sector编号即可定位某一个扇区。这种寻址方法也叫做CHS定位法。
2.4 操作系统寻址方式-LBA
操作系统的寻址方式和硬件的寻址方式需要解耦合所以操作系统需要有一套新的地址。os将盘面逻辑抽象成线性的类似以前的那种磁带全部展开后。将这样的结构看作一个数组每一个扇区占一个数组下标这样就可以轻易的获取每个扇区的地址。但是操作系统一次IO的基本单位是块4KB所以将8个扇区看作一个块然后重新抽象得到下图。下面这样的地址叫做LBA-逻辑块地址。磁盘也叫做块设备以块为单位进行IO。
2.5 磁盘分区管理
我们电脑上只带有一块盘但是为了更好的管理所以将盘分为若干区为了更好的管理一个区区等同于c盘d盘又将区分为若干组。每个组内有许多字段。Linux是将文件内容和属性分开存储的。
Boot Block存储了OS系统镜像以及开机启动的一些程序。Super BlockSB存储了当前区的文件系统相关的属性如文件系统名字整个分区的情况非常重要损坏的话一个分区全部不能用因此要在每个分组内做备份。Linux用的Ext系列的文件系统。Group Descriptor TableGDT存储了整个分组的情况Block Bitmap位图结构分别对应Data Blocks中的块是否可用Inode Bitmap位图结构对应Inode Table中的Inode是否有效Inode Table存储文件属性。文件属性的集合叫做Inode节点每一个Inode节点都有一个Inode编号文件id。struct Inode{ int inode_num ; int block[NUM];///....};Data Blocks存储文件内容为了建立文件属性和内容的联系故此每个Inode节点里面都有一个数组指明哪个块是属于本文件可用建立直接映射二级映射三级映射。 os查找文件 ls -li 查看当前目录下所有文件的inode编号 先找到文件对应的Inode编号在Inode Table中找到Inode节点根据Inode节点获得其内容块的地址、 2.6 Inode节点
struct inode
{int inode_number; //inode 编号int ref_count; // 硬链接数int modes; //权限size_t uid;size_t size;//....int databloacks[NUM]; //内容
};inode里面并没有文件名因为操作系统并不需要文件名来标识文件而是通过inode_编号来标识文件的。文件名只是给用户看的。我们用touch命令的时候是os先遍历访问InodeBitmap寻找空闲的Inode Table,创建Inode然后在当前目录下用Inode编号和文件名建立一个映射关系。目录也是一个文件目录里面存储的是文件名和Inode编号的映射关系增删查改文件都是先根据文件名找到Inode编号
三.软、硬链接 3.1 软链接
ln -s myfile myfile-soft
myfile-soft为myfile的链接文件这个链接文件的内容为myfile的路径。软链接的作用便于执行程序类似于Windows中的桌面快捷方式 3.2 硬链接
ln myfile myfile-hard
给myfile建立一个硬链接文件myfile-hard
功能Linux下每一个目录下都有两个特殊目录. 和.. 一个点代表当前路径两个点代表上级路径为什么呢因为一个点是当前路径的硬链接两个点是上级路径的硬链接。这两个特殊路径使得路径切换更加容易。
Linux下不容许用户给目录建立硬链接防止出现环路问题而. 和.. 是操作系统可用识别的特殊路径。 3.3软硬链接的区别
通过观察创建的文件inode编号可用知道硬链接并没有新建inode节点而是和myfile指向同一个节点软链接新建了一个文件其有自己的inode节点和内容硬链接数类似于引用计数当值为0的时候就会释放inode节点。
