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计算机导论——第39章文件和目录

article 2024/9/25 23:21:28

除了虚拟化CPU和内存，另外一个是持久存储，永久存储信息。持久存储设备与内存不同，内存在断电时内容会丢失，而持久存储设备会保持这些数据不变。

1. 文件和目录

文件就是一个线性字节数组，每个字节都可以读取或者写入。每个文件都有某种低级名称，通常是某种数字，由于历史原因，文件的低级名称通常称为inode号，即inode number。

文件系统的责任仅仅是将这些数据永久存储在磁盘上，并确保你再次请求数据时，得到你原来放在那里的内容，但是要实现这个并不简单。

目录就像一个文件一样，也有一个低级名字，即inode号，但是它的内容非常具体：它包含一个对的列表。

目录层次结构从根目录开始，并使用某种分隔符来命名后续子目录，直到命名所需的文件或目录。

文件名通常包含两部分：一部分是任意名称，一部分是指示文件类型的。但是这通常只是一个惯例

2. 文件系统接口

包含创建、访问和删除文件的基础

3. 创建文件

创建文件可以通过open系统调用完成，通过调用open() 并传入O_CREAT标志，程序可以创建一个新文件，如下：

int fd = open("foo", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);

O_CREAT:创建文件

O_WRONLY:只能写入

O_TRUNC: 如果该文件已经存在，首先将其截断为零字节大小，删除现有内容

open的一个重要方面是它的返回值：文件描述符，它是一个整数，每个进程是私有的，文件描述符可以理解成一种权限，即一个不透明的句柄，它也可以让你执行某些操作；文件描述符也可以看作指向文件类型对象的指针。

4. 读写文件

跟踪程序系统调用的工具

Linux上的strace
MacOS上的dtruss或truss

每个正在运行的进程已经打开了三个文件：

标准输入
标准输出
标准错误

系统调用read的原型为：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

第一个参数fd是文件描述符，告诉系统读取哪个文件
第二个参数buf指向一个用于放置read()结果的缓冲区
第三个参数是缓冲区大小
read的返回值是它读取的字节数

系统调用write原型

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

5. 读取和写入，但不按顺序

如果你在文本文件上构建了索引并利用它来查找特定单词，最终可能从文件中的某些随机偏移中读取数据，为此，我们可以使用lseek系统调用

off_t lseek(int fildes, off_t offset, int whence);

whence=SEEK_SET时，offset为偏移字节数
whence=SEEK_CUR时，offset为当前位置加上字节数
whence=SEEK_END时，offset为整个文件大小加上字节数

lseek()调用只是在OS内存中更改一个变量该变量跟踪特定进程的下一个读取或者写入开始的偏移量。

6. 用fsync()立即写入

当程序调用write时，它只是告诉文件系统：请在将来的某个时刻，将此数据写入持久存储，由于性能原因，文件系统会将这些写入在内存缓冲一段时间后将写入实际发送到存储设备。只有在极少数情况下数据会丢失，比如写入磁盘之前机器崩溃。

但是在某些场景要求会更高，为了支持这些类型的应用程序，大多数文件系统都提供了一些额外的控制API，在UNIX中，提供给应用程序的接口称为fsync(int fd)。当进程针对特定文件描述符调用fsync()时，文件系统通过强制将所有脏数据写入磁盘来响应，一旦所有这些写入完成，fsync例程就会返回。