【linux基础I/O(二)】文件系统讲解以及文件缓冲区的概念
博主CSDN主页:杭电码农-NEO
⏩专栏分类:Linux从入门到精通⏪
代码仓库:NEO的学习日记
关注我带你学更多操作系统知识
基础I/O
- 1. 前言
- 2. 理解C语言的缓冲区
- 3. 对文件系统的初认识
- 4. 扇区中的块组是如何工作的?
- 5. 理解软硬链接
- 6. 理解动静态库
- 7. 总结
1. 前言
对于文件来讲,有打开的在内存中
的文件,也有没有打开的在磁盘上
文件,上一篇文章讲解的是前者,本篇
文章将带大家了解后者!
本章重点:
本篇文章着重讲解在磁盘中的文件的
存储方式以及inode相关概念.在这之前
会解释C语言缓冲区的概念以及作用,
最后会带大家了解软硬链接如何创建,
软硬链接的区别,理解动静态库
2. 理解C语言的缓冲区
缓冲区的本质就是一段内存空间
那么为什么要有缓冲区?讲个例子
你在云南大学想要将一本书送给你在
北京邮电大学的好友,你会亲自将书带
过去给他然后再回云南吗?显然不可能
你会去楼下的顺丰快递将书籍让顺丰帮
你寄到北京区,你就代表一个用户,而书籍
就是你要发送给其他用户的数据,顺丰就
是这个缓冲区.很明显缓冲区有以下性质:
- 顺丰拿到你的快递立刻发送
(立刻刷新) - 等累计快递达到一定数量统一发送
(行刷新) - 或者当快递站放满了再发送快递
(满刷新)
行缓存的设备文件: 显示器(关心用户体验)
全缓存的设备文件: 磁盘文件(关心效率)
执行下面的代码时,不会立刻打印出信息:
printf("abcdef");
sleep(5);
return 0;
因为printf后没有\n刷新缓冲区,所以
信息不会立刻打印出来,当休眠五秒
后程序退出时才会进行刷新缓冲区!
函数fflush可以强制刷新缓冲区
除此之外,既然操作系统只认识文件描述符
fd,所以C语言的FILE结构体中一定封装了fd
,并且C语言的缓冲区实际上也是在FILE结构
体中维护的!也就是说直接使用系统调用去进
行输出工作是不会有缓冲区的概念的!
3. 对文件系统的初认识
对于已经在内存中打开的文件来说,它的
结构无非就是OS为它创建的struct file,
但是对于未打开的文件也就是存储在磁盘
上的文件,是怎样管理的呢?
看看关于磁盘结构的剖析图:
磁盘看似是一张盘面,实际上内部分为
很多个面,一个面对于一个磁头,这是正
视图的磁盘,再来看看俯视图的磁盘:
对于磁盘的每一个面来说,并不是所有
的区域都可以用来存储数据,可以把特
定的磁道中特定的扇区看作是一个小
数组,此小数组中存储文件的属性内容
一般而言一个扇区的大小是512字节
所以我们把把整个磁盘文件的管理
细拆分为对一个扇区的管理!!!
4. 扇区中的块组是如何工作的?
每个扇区是512字节的大小,每个分区会
划分不同的块组,将所有的块组管理好也
就将整个磁盘管理好来了!
块组的基本结构:
- inode Table保存对应文件的属性.每一个inode块都有一个inode编号,也就是说一个文件,一个inode,一个inode编号
- Block Bitmap是个位图,表示特定的块组是否被使用
- inode Bitmap也是个位图,表示特定的inode是否被占用
- Data Blocks存储此文件的内容
- GDT是块组描述符,表征这个块组有多大,已被使用了多少,有多少个inode,还剩多少个等等.
- SuperBlock保存着文件系统的属性信息,每个块组都会备份一份,里面有每一个块组的信息
从今往后,要在磁盘中找到一个文件只需: 找到inode编号->分区特定的块组->inode->属性->内容
那么问题是文件的inode是什么我怎么知道?是的,OS都考虑好了,在文件的目录中,存放着文件名和此文件的inode对应的映射关系,可以通过文件名直接找到inode!!!
5. 理解软硬链接
我们看到，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,这就是硬链接的原理
使用指令:
ln 创建硬链接
使用方法: ln 已存在的文件 要创建的硬链接
可以发现,在创建硬链接前,test.cpp的引用计数是1,而创建硬链接后计数变成了2,其实硬链接的本质就是给相同的文件取别名,硬链接没有自己的inode,它和原文件的inode相同!请看下面的图片验证:
使用指令:
ln -s 创建软连接
使用方法: ln -s 已存在的文件 要创建的硬链接
可以发现,创建的软连接是独立的一个文件,它有自己的inode,并且此软连接指向原文件,软链接相当于Windows下的创建快捷方式一样,它可以将文件路径很复杂的文件创建一个软链接到当前目录,想要使用原文件时,只需要使用软链接即可!
6. 理解动静态库
- 静态库(.a结尾): 程序在编译链接时就把库的代码链接到可执行程序
- 动态库(.so结尾): 程序运行时才去链接动态库的代码,动态库的代码是被共享的
gcc/g++默认使用的动态链接的方式,若
想要变为静态链接,在编译时加上-static
如何写一个自己的库?
.h文件写声明,.c写实现,将.c文件
编译成.o文件后,再将所有的.o文件
通过指针ar打包成一个库,将这个库
和.h文件放在同一目录,别人就能用了
制作静态库指令:
ar -rc libhello.a mymath.o myprintf.o
制作动态库指令:
gcc -shared myadd.o myprintf.o -o libhello.so
当别人要使用你写的库时,需要在编译
时带上选项-l加上你的库名,就像后面
在学习线程库时要加上选项-lpthread
,它的意思就是要使用pthread线程库
7. 总结
Linux的基础IO部分已经全部讲解
完毕,下一章将进入进程信号的学习.
掌握文件的inode相关知识可以更好
的帮助我们理解文件在打开和关闭时
分别是怎样运作的!