Linux文件IO之一 [补档-2023-07-21]

Linux文件IO

8-1C标准库IO函数的工作流程

​ 使用fopen函数打开一个文件，之后会返回一个FILE* fp指针，fp指针指向一个结构体，这个结构体是c 标准io库中的一个结构体，这个结构体有三个重要的成员：

文件描述符：描述符指向一个打开文件表，通过此表可以找到文件的inode表，通过对应的inode可以找到 对应的文件数据块。

文件指针：读和写共享一个文件指针，并且读写过程中可以引起文件指针的变化。

文件缓冲区：在进行读写操作时，会先通过文件缓冲区，因为这样可以减少对磁盘的读写次数，等输入完再 真正地写入文件，提高读写磁盘的效率。

8-2标准库函数与系统函数之间的关系

​ 系统中内置了读写函数，并且提供了相应的api，我们只需调用标准库函数，标准库函数会帮我们调用系 统自带的api。

8-3虚拟地址空间

​ Linux会为每一个进程分配0到4g的独立内存，这个内存与其他的内存相隔开，相互之间不干扰。这块内 存上有着各种内存区域。

​ 进程的虚拟空间分为内核区(系统维护，用户没有权限对其操作) 和 用户区（这个可以进行操作）。

​ 内核区有着进程管理，内存管理等待其中进程管理中有PCB这么一个区域，以后再介绍他。

​ 用户区的内容：

​ 环境变量：不多说

​ 命令行参数： 不多说

​ 栈空间： 不多说，像局部变量或者递归会用到

​ 共享库：c标准库，系统的库在这里存放着

​ 堆空间：不多说

​ .bss未初始化全局变量 只读区域

​ .data已初始化全局变量 只读区域

​ .text代码段，二进制指令 只读区域

​ （0到4k）受保护的地址 只读区域

8-4pcb，文件描述符，文件描述符表，打开文件表与inode

pcb，文件描述符和文件描述表

​ 在虚拟地址空间的3-4G的这段空间中，有一个进程控制块，叫做PCB。它维护着一张文件描述符表。（一 个0~1023的数组）

​ 在linux中，所有打开的文件都有一个文件描述符，我们可以通过文件描述符对文件进行读写和访问。文 件描述符表中可以存储1021个文件描述符，其实可以存1024个，只不过前三个元素是固定的。

STDIN_FILENO 标准输入，在下标为0的文件描述符表中

STDOUT_FILENO 标准输出，在下标为1的文件描述符表中

STDERR_FILENO 标准错误，在下标为2的文件描述符表中

​ 每当打开一个文件时，系统就会自动分配最小未使用的文件描述符给打开的文件。我们可以调用系统的 open函数来得到一个文件描述符。

打开文件表：

​ 计算机中所有的进程都共享着一个打开文件表，打开文件表可能是数组，链表，哈希表等数据结构。每个 进程可以通过各自的文件描述符来访问打开文件表。打开文件表中有以下主要内容：

当前文件偏移量（调用read()和write()时更新，或使用lseek()直接修改）

打开文件时所使用的状态标识（即，open()的flags参数）

文件访问模式（如调用open()时所设置的只读模式、只写模式或读写模式）

与信号驱动相关的设置

对该文件i-node对象的引用

文件类型（例如：常规文件、套接字或FIFO）和访问权限

一个指针，指向该文件所持有的锁列表

文件的各种属性，包括文件大小以及与不同类型操作相关的时间戳

indoe：

​ inode是文件系统中的数据结构，用于存储文件的元数据，如文件大小、权限、所有者等。每个文件都有 一个唯一的inode。打开文件表项中的指针指向对应文件的inode。

linux访问一个文件的具体步骤：

​ 当一个进程需要访问一个文件时，它会首先从自己的PCB中获取文件描述符表的指针。然后，通过文件描 述符表找到对应的文件描述符，该文件描述符指向进程的打开文件表中的一个项。该项中又包含了指向对应文 件的inode的指针。