FILE 结构体的定义，inode

FILE 结构体的定义，inode ，软链接和硬链接的理解

 

 

 

一、FILE结构体：

     C将每个文件简单地作为顺序字节流。每个文件用文件结束符结束，或者在特定字节数的地方结束，这个特定的字节数可以存储在系统维护的管理数据结构中。当打开文件时，就建立了和文件的关系。

　　在开始执行程序的时候，将自动打开3个文件和相关的流：标准输入流、标准输出流和标准错误。流提供了文件和程序的通信通道。例如，标准输入流使得程序可以从键盘读取数据，而标准输出流使得程序可以在屏幕上输出数据。打开一个文件将返回指向FILE结构(在stdio.h中定义)的指针，它包含用于处理文件的信息，也就是说，这个结构包含文件描述符。文件描述符是操作系统数组(打开文件列表的索引)。每个数组元素包含一个文件控制块(FCB, File Control Block)，操作系统用它来管理特定的文件。

FILE结构体在VC6.0中有如下定义：

#ifndef _FILE_DEFINED

struct _iobuf {

　　　　char *_ptr; //文件输入的下一个位置

　　　　int _cnt; //当前缓冲区的相对位置

　　　　char *_base; //指基础位置(即是文件的其始位置) 

　　　　int _flag; //文件标志

　　　　int _file; //文件的有效性验证

　　　　int _charbuf; //检查缓冲区状况,如果无缓冲区则不读取

　　　　int _bufsiz; //???这个什么意思

　　　　char *_tmpfname; //临时文件名

        };

typedef struct _iobuf FILE;

#define _FILE_DEFINED

#endif

Linux文件描述符：

    在Linux中，所有对设备和文件的操作都是用文件描述符来进行的，果此目录文件描述符是一个非负的整数，它是一个索引值，指向内核中每个进程打开文件的记录表。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符；当需要读写文件时，也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。

    通常，一个进程启动时，都会打开3个文件：标准输入、标准输出和标准出错处理。这3个文件分别对应文件描述符为0、1和2（宏STD_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO）。

   举个例子，打开/lxj/test4-7.c文件，如下没有test4-7.c文件，程序自动创建，程序中返回的文件描述符为3。因为进程启动时，打开了标准输入、标准输出和标准出错处理三个文件，因此返回的文件描述符为3。
#include
#include
#include
#include
#include

int main()
{
       int fd;
       if((fd = open("/home/lxj/test4-7.c",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0611))<0){

              perror("openfile test4-7.c error!\n");
              exit(1);
       }
       else{
              printf("openfile test4-7.c success:%d\n",fd);
       }
       if(close(fd) < 0){
              perror("closefile test4-7.c error!\n");
              exit(1);
       }
       else 
              printf("closefile test4-7.c success!\n");
       exit(0);
}

程序执行结果如下：

二、inode,软链接和硬链接

1、什么是inode：

文件数据都储存在"块"中，我们必须找到一个地方储存文件的元信息，比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode，中文译名为"索引节点"。

2、inode的内容：

 

inode包含文件的元信息，具体来说有以下内容：

　　* 文件的字节数

　　* 文件拥有者的User ID

　　* 文件的Group ID

　　* 文件的读、写、执行权限

　　* 文件的时间戳，共有三个：ctime指inode上一次变动的时间，mtime指文件内容上一次变动的时间，atime指文件上一次打开的时间。

　　* 链接数，即有多少文件名指向这个inode

　　* 文件数据block的位置

 

可以用stat命令，查看某个文件的inode信息：

stat example.txt

 

总之，除了文件名以外的所有文件信息，都存在inode之中。

 

3、inode的大小：

inode也会消耗硬盘空间，所以硬盘格式化的时候，操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区，存放文件数据；另一个是inode区（inode table），存放inode所包含的信息。

每个inode节点的大小，一般是128字节或256字节。inode节点的总数，在格式化时就给定，一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中，每个inode节点的大小为128字节，每1KB就设置一个inode，那么inode table的大小就会达到128MB，占整块硬盘的12.8%。

 

查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量，可以使用df命令。

df -i

查看每个inode节点的大小，可以用如下命令：

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"

由于每个文件都必须有一个inode，因此有可能发生inode已经用光，但是硬盘还未存满的情况。这时，就无法在硬盘上创建新文件。

 

4、inode号码：

每个inode都有一个号码，操作系统用inode号码来识别不同的文件。

 

这里值得重复一遍，Unix/Linux系统内部不使用文件名，而使用inode号码来识别文件。对于系统来说，文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。表面上，用户通过文件名，打开文件。实际上，系统内部这个过程分成三步：首先，系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，通过inode号码，获取inode信息；最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。

 

使用ls -i命令，可以看到文件名对应的inode号码：

ls -i example.txt

 

5、目录文件：

Unix/Linux系统中，目录（directory）也是一种文件。打开目录，实际上就是打开目录文件。

 

目录文件的结构非常简单，就是一系列目录项（dirent）的列表。每个目录项，由两部分组成：所包含文件的文件名，以及该文件名对应的inode号码。

 

ls命令只列出目录文件中的所有文件名：

ls /etc

ls -i命令列出整个目录文件，即文件名和inode号码：

ls -i /etc

如果要查看文件的详细信息，就必须根据inode号码，访问inode节点，读取信息。ls -l命令列出文件的详细信息。

ls -l /etc

 

6、inode的特殊作用：

由于inode号码与文件名分离，这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

1. 有时，文件名包含特殊字符，无法正常删除。这时，直接删除inode节点，就能起到删除文件的作用。

2. 移动文件或重命名文件，只是改变文件名，不影响inode号码。

3. 打开一个文件以后，系统就以inode号码来识别这个文件，不再考虑文件名。因此，通常来说，系统无法从inode号码得知文件名。

      第3点使得软件更新变得简单，可以在不关闭软件的情况下进行更新，不需要重启。因为系统通过inode号码，识别运行中的文件，不通过文件名。更新的时候，新版文件以同样的文件名，生成一个新的inode，不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候，文件名就自动指向新版文件，旧版文件的inode则被回收。

 

7、硬链接：

一般情况下，文件名和inode号码是"一一对应"关系，每个inode号码对应一个文件名。但是，Unix/Linux系统允许，多个文件名指向同一个inode号码。这意味着，可以用不同的文件名访问同样的内容；对文件内容进行修改，会影响到所有文件名；但是，删除一个文件名，不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为"硬链接"（hard link）。

 

ln命令可以创建硬链接：

ln 源文件 目标文件

运行上面这条命令以后，源文件与目标文件的inode号码相同，都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做"链接数"，记录指向该inode的文件名总数，这时就会增加1。反过来，删除一个文件名，就会使得inode节点中的"链接数"减1。当这个值减到0，表明没有文件名指向这个inode，系统就会回收这个inode号码，以及其所对应block区域。

 

这里顺便说一下目录文件的"链接数"。创建目录时，默认会生成两个目录项："."和".."。前者的inode号码就是当前目录的inode号码，等同于当前目录的"硬链接"；后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码，等同于父目录的"硬链接"。所以，任何一个目录的"硬链接"总数，总是等于2加上它的子目录总数（含隐藏目录）,这里的2是父目录对其的“硬链接”和当前目录下的".硬链接“。

 

8、软链接：

除了硬链接以外，还有一种特殊情况。文件A和文件B的inode号码虽然不一样，但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时，系统会自动将访问者导向文件B。因此，无论打开哪一个文件，最终读取的都是文件B。这时，文件A就称为文件B的"软链接"（soft link）或者"符号链接（symbolic link）。

 

这意味着，文件A依赖于文件B而存在，如果删除了文件B，打开文件A就会报错："No such file or directory"。这是软链接与硬链接最大的不同：文件A指向文件B的文件名，而不是文件B的inode号码，文件B的inode"链接数"不会因此发生变化。

 

ln -s命令可以创建软链接。

ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录