Linux程序设计：文件内核数据结构、原子操作及案例

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文件内核数据结构

原子操作

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文件内核数据结构

• 一个打开的文件在内核中使用三种数据结构表示

文件描述符表	文件描述符标志 文件表项指针
文件表项	文件状态标志 读、写、追加、同步和非阻塞等状态标志（例如open函数的flag参数） 当前文件偏移量（lseek函数改的就是这里） i节点表项指针 引用计数器（在多进程中应用）
i节点	文件类型和对该文件的操作函数指针 当前文件长度 文件所有者 文件所在的设备、文件访问权限 指向文件数据在磁盘块上所在位置的指针等

原子操作

文件追加	打开文件时使用O_APPEND标志，进程对文件偏移量调整和数据追加成为原子操作。 内核每次对文件写之前，都将进程的当前偏移量设置为该文件的尾端。这样不再需要lseek来调整偏移量。
文件创建	对open函数的O_CREAT和O_EXCL的使用，而该文件存在，open将失败，否则创建该文件，并且使得文件是否存在的判定和创建过程成为原子操作。

• 案例1：不使用O_APPEND
  • src/file_append

#include <fcntl.h>
#include <unistd. h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char * argv[])
{
	if (argc !=3){
		fprintf(stderr, "usage: %s srcfile destfile\n", argv[0]); 
		exit(1);
	}
    	int fd = open(argv[2]，O_WRONLY);
	if(fd <0){
		perror("open error");
		exit(1);
	}
	//定位到文件尾部
	lseek(fd, 0L, SEEK_END);
	sleep(10);
	//往文件尾部追加内容
	size_t size = strlen (argv[1])* sizeof(char); 
	if(write(fd, buffer, size)!= size){
		perror("write error"); 
		exit(1);
	}
    return 0;
}

• 编译后，开启两个终端

• 由于两个进程不共享lseek的偏移量，后面的内容将前面的内容覆盖了。
• 案例2：使用O_APPEND
  • src/file_append

#include <fcntl.h>
#include <unistd. h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char * argv[])
{
	if (argc !=3){
		fprintf(stderr, "usage: %s srcfile destfile\n", argv[0]); 
		exit(1);
	}
    	int fd = open(argv[2]，O_WRONLY | O_APPEND);
	if(fd <0){
		perror("open error");
		exit(1);
	}
	sleep(10);
	//往文件尾部追加内容
	size_t size = strlen (argv[1])* sizeof(char); 
	if(write(fd, buffer, size)!= size){
		perror("write error"); 
		exit(1);
	}
    return 0;
}

• 结果显示：

• 在open函数中加入O_APPEND标志
• write（）函数（write是一个原子操作）：
  • 1）从 i 节点中读取文长度作为 i 偏移量
  • 2）往文件中写入数据
  • 3）修改 i 节点中文件长度