《APUE》第三章笔记（3）

文件共享

UNIX系统支持在不同进程中共享打开的文件，首先先用一幅apue的图来介绍一下内核用于I/O文件的数据结构：

如图所见，一个进程都会有一个记录项，记录项中包含有一张打开文件描述符表，每个描述符占用一项。

描述符包括：（a）文件描述符标志（fd标志），（b）指向一个文件表项的指针（文件指针）。

而文件表包括：（a）文件状态标志，（b）当前文件偏移量，（c）v节点指针

v节点包括：文件类型和对此文件进行各种操作的函数的指针，大部分v节点还包括年i节点（索引节点，第四章详细介绍）

如果两个进程各自打开同一个文件的话，文件表是的分开的，但v节点是共享的：

文件表分开是因为：使每个进程都有它自己的对该文件的当前文件偏移量。

这样，当多个进程写同一个文件时，就有可能出问题。Let me tell you why.

早期的UNIX没有O_APPEND追尾选项，所以写到文件的结尾是这样做的：

if (lseek(fd, 0L, 2) < 0) /* 定位到文件的末端 */

err_sys("lseek error");

if (write(fd, buf, 100) != 100) /* 追尾写100字节 */

err_sys("write error");

这样对单个进程来说是没有问题的。但是对于多个进程对同一个文件同时使用这种方法就会出错了。

比如A和B进程同时打开一个文件，假定A调用了lseek，它将进程A的该文件当前偏移量设置为1500字节（文件末尾处），然后内核切换B进程运行，B也是调用lseek也将该文件的当前偏移量设置为1500字节（文件末尾处，记住，每个进程并不是共享同一个当前文件偏移量的），然后B调用了write函数，将当前偏移量曾至1600字节。因为该文件的长度已经增加了，所以内核对v节点中的当前文件长度更新为1600。然后内核切回A进程，当A调用write时，就从当前文件偏移量（1500字节）处将数据写到文件中去，这样也就代换了进程B
刚写到该文件中的数据。

问题出在逻辑操作“先定位到文件尾端处，然后写“上，它使用了两个分开的函数调用。解决的方法就是使这两个操作变成一个操作（这也就叫做原子操作）。任何一个需要多个函数的操作都不可能是原子操作，因为在两个函数调用之间，内核都有可能临时挂起该进程（如上面所加假定的）。

UNIX提供了一种方法使这种操作成为原子操作，该方法就是在打开文件时设置O_APPEND标志。这就使内核每次对这种文件进行写之前，都将进程的当前文件偏移量设置到该文件的尾端处，于是每次写之前就不用再调用lseek。

一般而言，原子操作（atomic operation）指的时由多步组成的操作。如果该原子操作执行，则要么时执行完所有步骤，要么一步也不执行，不可能只执行所有步骤的一个子集。（只要理解原子是不可分的就行了）

第三章笔记待续。