Apache中的文件与目录(1)

4.1 文件概述

文件 I/O在 Unix下占据着非常重要的地位，曾有一句经典语句绝对可以说明 file在 Unix下的重要性， "In UNIX, everything is a file"， APR就是本着这个思想对 Unix文件 I/O进行了再一次的抽象封装，以提供更为强大和友善的文件 I/O接口。

APR File I/O源代码的位置在 $(APR_HOME)/file_io目录下针对不同类型的操作系统， file_io下又进一步细分为四个目录： netware， os2， unix和 win32。每个目录中又包含多个 .c文件，每个 .c文件对应一种文件操作，比如

open.c -- 封装了文件的打开、关闭、改名和删除等操作

readwrite.c -- 顾名思义，它里面包含了文件的读写操作；

pipe.c -- 包含了 pipe相关操作。

还有许多这里不多说，由于文件 I/O操作复杂，我们下面将仅挑出最常用的文件 I/O操作进行分析。

4.2 APR文件定义

正如第一章所言， APR中为了移植方便，通常会使用自定义的常量来代替原有系统中存在的常量，并提供它们之间的相互转换，这一点对于文件也不例外。 APR几乎对文件中所用到的所有的常量都进行了重新定义，包括文件权限、文件打开方式、文件类型定义等等。这部分我们集中了解 APR中的这些定义。在后面的部分将很快就会使用到。

4.2.1文件类型

尽管在 Unix中，一切皆文件，但是文件又分为不同类型：

1)、普通文件 (regular file)。这是最常见的文件类型。 UNIX中使用 S_IFREG描述该类文件，而 APR中使用 APR_REG描述。

2)、目录文件 (directory file)。这种文件包含了其他文件的名字以及指向与这些文件有关信息的指针。 UNIX中使用 S_IFDIR描述，在 APR中使用 APR_DIR描述。

3)、字符特殊文件 (character special file)。这类文件通常对应系统中某些类型的设备。 UNIX中使用 S_IFCHR描述，而 APR中使用 APR_CHR描述。

4)、块特殊文件 (block special file)。这类文件典型的用于磁盘设备。系统中的所有设备或者是字符特殊文件，或者是块特殊文件。 UNIX中使用 S_IFBLK描述，而 APR中使用 APR_BLK描述该类文件。

5)、 FIFO文件。这类文件通常用于进程间通信，有时也称之为管道。 APR中使用 APR_PIPE描述该类文件。

6)、套接字描述文件。这类文件用于进程间的网络通信。 UNIX中使用 S_IFSOCK描述，而 APR中使用 APR_SOCK描述该类文件。

7)、链接文件。最后一种文件类型就是链接文件。这种文件通常仅仅指向另外一个文件。 UNIX中使用 S_IFLNK描述，而 APR中使用 APR_LNK描述该类文件。

综合上面的内容， APR定义了枚举类型 apr_filetype_e来描述所有的 Unix文件类型。

typedef enum {

    APR_NOFILE = 0,     /**< no file type determined */

    APR_REG,            /**< a regular file */

    APR_DIR,            /**< a directory */

    APR_CHR,            /**< a character device */

    APR_BLK,            /**< a block device */

    APR_PIPE,           /**< a FIFO / pipe */

    APR_LNK,            /**< a symbolic link */

    APR_SOCK,           /**< a [unix domain] socket */

    APR_UNKFILE = 127   /**< a file of some other unknown type */

} apr_filetype_e;

为了实现 APR定义和 UNIX定义的转换， APR中通过函数 filetype_from_mode实现从系统定义到 APR定义的转换。该函数定义在 filestat.c中：

static apr_filetype_e filetype_from_mode(mode_t mode)

{

    apr_filetype_e type;

    switch (mode & S_IFMT) {

    case S_IFREG:

        type = APR_REG; break;

    case S_IFDIR:

        type = APR_DIR; break;

    ……

    }

}

4.2.2文件访问权限

在 UNIX系统中，每一个文件都对应三组不同的访问权限，即用户存取权限、组用户存取权限和其余用户存取权限。在 UNIX中，通常用 S_IXXXX常量来描述这些访问权限。 APR中则使用 APR_FPROT_XXXX来进行替代，对应的关系如下表所示：

权限标志	含义	值	标准库值
APR_FPROT_USETID	允许设置用户号	0x8000	S_ISUID
APR_FPROT_UREAD	允许用户读操作	0x0400	S_IRUSR
APR_FPROT_UWRITE	允许用户写操作	0x0200	S_IWUSR
APR_FPROT_UEXECUTE	允许用户执行	0x0100	S_IXUSR
APR_FPROT_GSETID	用于设置组号	0x4000	S_ISGID
APR_FPROT_GREAD	允许组成员读取	0x0040	S_IRGRP
APR_FPROT_GWRITE	允许组成员写入	0x0020	S_IWGRP
APR_FPROT_GEXECUTE	允许组成员执行	0x0010	S_IXGRP
APR_FPROT_WSTICKY	粘贴位	0x2000	S_ISVTX
APR_FPROT_WREAD	允许其余成员读取	0x0004	S_IROTH
APR_FPROT_WWRITE	允许其余成员写入	0x0002	S_IWOTH
APR_FPROT_WEXECUTE	允许其余成员执行 .	0x0001	S_IXOTH
APR_FPROT_OS_DEFAULT	操作系统的默认的属性值	0x0FFF	0666

在早期版本中，访问权限使用的是 APR_XXXX形式，比如 APR_UREAD、 APR_UWRITE等等。不过目前已经作废。为了保持与低版本的兼容性，你在源文件中还能看到它们。

在 APR中，文件的访问权限被定义为 apr_fileperms_t类型，该类型本质上是一个 32位的整数而已：

typedef apr_int32_t               apr_fileperms_t;

APR中提供了两个函数用于实现从 APR权限标志到 UNIX系统标志位的相互转换。 apr_unix_perms2mode函数用于将 APR定义转换为 Unix定义， apr_unix_mode2perms用于将 Unix定义转换为 APR定义。这两个函数都定义在 fileacc.c中。从 Unix转换至 APR的过程无非如下：

    if (mode & S_IXXXX)

        perms |= APR_XXXX;

而从 APR转换为 Unix过程无非如下：

    if (perms & APR_XXXX)

        mode |= S_IXXXX;

4.2.3文件打开方式

4.2.4其余类型重定义

 APR中除了对上面的常量进行了重定义之外，它还对一些类型进行了重定义，不过这些类型都仅仅是使用 typedef而已，非常简单，总结归纳如下：

1)、文件属性类型 apr_fileattrs_t

typedef apr_uint32_t               apr_fileattrs_t;

2)、文件定位基准 apr_seek_where_t

typedef int                                apr_seek_where_t;

3)、文件访问权限 apr_fileperms_t

typedef apr_int32_t               apr_fileperms_t;

4)、文件 i-node结点编号 apr_ino_t

typedef ino_t                     apr_ino_t;

5)、文件所在设备号 apr_dev_t

typedef dev_t                     apr_dev_t;

4.3 文件描述

在 Unix系统中，与文件关联的两个数据结构通常是两个： FILE和 stat。前者通常称之为文件句柄，而后者则通常称之为文件的状态信息，用于描述文件的内部信息。 APR中，与之对应提供了两个封装数据结构 apr_file_t和 apr_finfo_t，前者描述文件句柄信息，后者描述文件内部信息。

根据操作系统支持的不同， apr_file_t了可以分为四个版本，不过我们仅仅介绍 Unix版本，至于 Window版本，我们会提及，而其余的 netware和 OS/2版本我们不打算做任何分析。在 Unix系统中， apr_file_t定义如下：

struct apr_file_t {

    apr_pool_t *pool;

    int filedes;

    char *fname;

    apr_int32_t flags;

    int eof_hit;

    int is_pipe;

    apr_interval_time_t timeout;

    int buffered;

    enum {BLK_UNKNOWN, BLK_OFF, BLK_ON } blocking;

    int ungetchar;    /* Last char provided by an unget op. (-1 = no char)*/

#ifndef WAITIO_USES_POLL

    /* if there is a timeout set, then this pollset is used */

    apr_pollset_t *pollset;

#endif

    /* Stuff for buffered mode */

    char *buffer;

    int bufpos;               /* Read/Write position in buffer */

    unsigned long dataRead;   /* amount of valid data read into buffer */

    int direction;            /* buffer being used for 0 = read, 1 = write */

    unsigned long filePtr;    /* position in file of handle */

#if APR_HAS_THREADS

    struct apr_thread_mutex_t *thlock;

#endif

};

该结构描述了一个文件的大部分的属性，也是整个文件 I/O系统的核心数据结构之一。

filedes是文件的描述符； fname则是打开的文件的名称； is_pipe用以标记当前文件是否是管道文件； Unix中在创建匿名管道的时候会生成一个管道文件，在管道中传输的数据实际上最终都保存在匿名文件中。对于这种临时的管道文件，它的 is_pipe为 1； filePtr是读写文件的时候文件内部的文件指针，通常情况下这个成员只有 seek函数的时候才需要使用，由于 seek需要给出当前文件的内部指针位置，因此在任何的文件读和写之后，我们都必须立即调整 filePtr的值，以使它指向正确的位置。 direction则是记录了当前的操作类型， 0是读操作， 1是写操作； buffer缓冲区用以保存从文件中读取的数据， dataRead则用以记录从文件中读取到缓冲区中的有效的字节数； blocking则是记录的读取的方式，一般允许两种，即阻塞和非阻塞。对于阻塞，那么读取将等待，直到文件中有新的数据或者读取超时，超时的时间由 timeout决定。

另外，如果支持多线程，那么为了保证线程访问安全性，在可能出现互斥的数据结构中都要额外的增加内部互斥锁。文件结构的内部互斥锁由变量 thlock决定。任何人访问该数据结构之前都必须先获取该互斥锁，同时访问结束后该互斥锁将被释放。

关于作者
张中庆 ，目前主要的研究方向是嵌入式浏览器，移动中间件以及大规模服务器设计。目前正在进行Apache的源代码分析，计划出版《Apache源代码全景分析》上下册。Apache系列文章为本书的草案部分，对Apache感兴趣的朋友可以通过flydish1234 at sina.com.cn与之联系!

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