1. 系统文件I/O

1.1 open

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
pathname: 要打开或创建的目标文件
flags: 打开文件时，可以传入多个参数选项，用下面的一个或者多个常量进行“或”运算，构成flags。参数:O_RDONLY: 只读打开O_WRONLY: 只写打开O_RDWR : 读，写打开这三个常量，必须指定一个且只能指定一个O_CREAT : 若文件不存在，则创建它。需要使用mode选项，来指明新文件的访问权限O_APPEND: 追加写返回值：成功：新打开的文件描述符失败：-1

open 函数具体使用哪个，和具体应用场景相关，如目标文件不存在，需要open创建，则第三个参数表示创建文件 的默认权限,否则，使用两个参数的open。

1.2 系统调用 和 库函数

fopen fclose fread fwrite 都是C标准库当中的函数，我们称之为库函数（libc）。

open close read write lseek 都属于系统提供的接口，称之为系统调用接口。

所以，可以认为，f#系列的函数，都是对系统调用的封装，方便二次开发。

1.3 文件描述符（fd)

0 & 1 & 2

• Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符，分别是标准输入0， 标准输出1， 标准错误2.
• 0,1,2对应的物理设备一般是：键盘，显示器，显示器。

文件描述符就是从0开始的小整数。当我们打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来 描述目标文件。于是就有了file结构体。表示一个已经打开的文件对象。而进程执行open系统调用，所以必须让进程和文件关联起来。每个进程都有一个指针*files, 指向一张表files_struct,该表最重要的部分就是包涵一个指针数组，每个元素都是一个指向打开文件的指针！所以，本质上，文件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着文件描述符，就可以找到对应的文件

输入输出还可以采用如下方式： 

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main()
{char buf[1024];int ret = read(0, buf, sizeof(buf));if(s > 0){buf[s] = 0;write(1, buf, strlen(buf));write(2, buf, strlen(buf));}return 0;
}

文件描述符（fd）的分配规则

文件描述符的分配规则：在files_struct数组当中，找到当前没有被使用的 最小的一个下标，作为新的文件描述符。

关闭文件描述符打开的对应的文件

close（fd）

重定向

常见的重定向有:>, >>, <

使用 dup2 系统调用

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);

在myshell中添加重定向功能

原理：

printf是C库当中的IO函数，一般往 stdout 中输出，但是stdout底层访问文件的时候，找的还是fd:1, 但此时，fd:1 下标所表示内容，已经变成了myfile的地址，不再是显示器文件的地址，所以，输出的任何消息都会往文件中写 入，进而完成输出重定向。

FILE

因为IO相关函数与系统调用接口对应，并且库函数封装系统调用，所以本质上，访问文件都是通过fd访 问的。 所以C库当中的FILE结构体内部，必定封装了fd。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{const char *msg0="hello printf\n";const char *msg1="hello fwrite\n";const char *msg2="hello write\n";printf("%s", msg0);fwrite(msg1, strlen(msg0), 1, stdout);write(1, msg2, strlen(msg2));fork();return 0;
}

我们发现 printf 和 fwrite （库函数）都输出了2次，而 write 只输出了一次（系统调用）。为什么呢？肯定和 fork有关！

• 一般C库函数写入文件时是全缓冲的，而写入显示器是行缓冲。
• printf fwrite 库函数会自带缓冲区（进度条例子就可以说明），当发生重定向到普通文件时，数据 的缓冲方式由行缓冲变成了全缓冲。
• 而我们放在缓冲区中的数据，就不会被立即刷新，甚至fork之后 但是进程退出之后，会统一刷新，写入文件当中。
• 但是fork的时候，父子数据会发生写时拷贝，所以当你父进程准备刷新的时候，子进程也就有了同样的 一份数据，随即产生两份数据。
• write 没有变化，说明没有所谓的缓冲。

所以，printf fwrite 库函数会自带缓冲区，而 write 系统调用没有带缓冲区。另外，我们这里所说的缓冲区， 都是用户级缓冲区。其实为了提升整机性能，OS也会提供相关内核级缓冲区，。 那这个缓冲区谁提供呢？ printf fwrite 是库函数， write 是系统调用，库函数在系统调用的“上层”， 是对系统 调用的“封装”，但是 write 没有缓冲区，而 printf fwrite 有，足以说明，该缓冲区是二次加上的，又因为是 C，所以由C标准库提供。

2.文件系统

ls -l读取存储在磁盘上的文件信息，然后显示出来

文件元数据：

• 模式
• 硬链接数
• 文件所有者
• 组
• 大小
• 最后修改时间

stat命令可以看到更多信息

acm：

• Access 最后访问时间
• Modify 文件内容最后修改时间
• Change 属性最后修改时间

Linux ext2文件系统，上图为磁盘文件系统图（内核内存映像肯定有所不同），磁盘是典型的块设备，硬盘分区被 划分为一个个的block。一个block的大小是由格式化的时候确定的，并且不可以更改。例如mke2fs的-b选项可以设 定block大小为1024、2048或4096字节。而上图中启动块（Boot Block）的大小是确定的

• Block Group：ext2文件系统会根据分区的大小划分为数个Block Group。而每个Block Group都有着相同的结构组成。政府管理各区的例子
• 超级块（Super Block）：存放文件系统本身的结构信息。记录的信息主要有：bolck 和 inode的总量，未使用的block和inode的数量，一个block和inode的大小，最近一次挂载的时间，最近一次写入数据的时间，最近一次检验磁盘的时间等其他文件系统的相关信息。Super Block的信息被破坏，可以说整个文件系统结构就被破坏了
• GDT，Group Descriptor Table：块组描述符，描述块组属性信息，有兴趣的同学可以在了解一下
• 块位图（Block Bitmap）：Block Bitmap中记录着Data Block中哪个数据块已经被占用，哪个数据块没有被占用
• inode位图（inode Bitmap）：每个bit表示一个inode是否空闲可用。
• i节点表:存放文件属性 如 文件大小，所有者，最近修改时间等
• 数据区：存放文件内容

创建一个新文件主要有一下4个操作：

1. 存储属性 
内核先找到一个空闲的i节点（这里是263466）。内核把文件信息记录到其中。
2. 存储数据 
该文件需要存储在三个磁盘块，内核找到了三个空闲块：300,500，800。将内核缓冲区的第一块数据
复制到300，下一块复制到500，以此类推。
3. 记录分配情况
文件内容按顺序300,500,800存放。内核在inode上的磁盘分布区记录了上述块列表。
4. 添加文件名到目录

新的文件名hello。linux如何在当前的目录中记录这个文件？内核将入口（131074，hello）添加到目录文件。文件名和inode之间的对应关系将文件名和文件的内容及属性连接起来。

软硬链接：

硬链接（hard link）

我们可以将它理解为一个“指向原始文件inode的指针”，系统不为它分配独立的inode和文件。所以，硬链接文件与原始文件其实是同一个文件，只不过是不同的名字而已。我们每添加一个硬链接，该文件的inode链接数就会增加1；而且只有当该文件的inode连接数为0时，才算彻底将它删除。换言之，由于硬链接实际上是指向原文件的inode的指针，因此即便原始文件被删除，依然可以通过硬链接文件来访问。

总结：

• 1.硬链接，以文件副本的形式存在。但不占用实际空间。
• 2.不允许给目录创建硬链接
• 3.硬链接只有在同一个文件系统中才能创建

软连接（也称为符号链接[symbolic link]）

软链接仅仅包含所链接文件的路径名，因此能链接目录文件，也可以跨越文件系统进行链接。但是，当原始文件被删除后，链接文件也将失效，从这一点上来说与Windows系统中的“快捷方式”具有一样的性质。

总结：

• 1.软链接，以路径的形式存在。类似于Windows操作系统中的快捷方式
• 2.软链接可以跨文件系统 ，硬链接不可以
• 3.软链接可以对一个不存在的文件名进行链接
• 4.软链接可以对目录进行链接

ln 命令

ln 命令用于创建链接文件，格式为“ln [选项] 目标”，其可用的参数以及作用如下：
 

-b 删除，覆盖以前建立的链接-d 允许超级用户制作目录的硬链接-f 强制执行-i 交互模式，文件存在则提示用户是否覆盖-n 把符号链接视为一般目录-s 软链接(符号链接)-v 显示详细的处理过程

 软链接数

将软链接的源文件移除到其他地方，那么软链接将会失效 

软链接支持套娃

 

硬链接数

硬链接在删除原始文件后，它的链接文件还可以继续访问，这是因为新建的硬链接不再依赖原始文件的名称等信息，我们可以看到在创建完硬链接后，原始文件的硬盘链接数量增加到了4，如果想要彻底删除，链接数成0才算彻底删除。

可以给软链接增加“硬”链接 这样增加会使软链接数+1

 

理解软硬链接

真正找到磁盘上文件的并不是文件名，而是inode。 其实在linux中可以让多个文件名对应于同一个 inode。硬链接就是使用同一个inode！！！

硬链接是通过inode引用另外一个文件，软链接是通过名字引用另外一个文件