趣談Linux操做系統學習筆記：第二十七講

1、文件系統的功能規劃

一、引子

我們花了這麼長的時間，規劃了會議室管理系統，這樣多個項目執行的時候，隔離性能夠獲得保證。

可是，會議室裏面被回收，會議室裏面的資料就丟失了。有一些資料咱們但願項目結束也能繼續保存，

這就須要一個和項目運行生命週期無關的地方，能夠永久保存，而且空間也要比會議室大的多。

二、圖書館和文件系統的故事

三、規劃文件系統須要考慮的第一點

四、規劃文件系統須要考慮的第二點

 

五、規劃文件系統須要考慮的第三點

六、規劃文件系統須要考慮的第四點

一、如何避免必定程度上的命名衝突問題

每一個文件都有一個名字、這樣咱們訪問一個文件，但願經過它的名字就能夠找到

文件名就是一個普通的文本、固然文件名會常常衝突、不一樣用戶取想用的名字的狀況仍是會常常出現的

如圖所示，不一樣的用戶的文件放在不一樣的目錄下，雖然不少文件都叫「文件 1」，只要在不一樣的目錄下，就不會有問題

七、規劃文件系統須要考慮的第五點

2、文件系統的相關命令

一、首先是格式化

也即將一塊盤使用命令組織成必定格式的文件系統的過程。我們買個硬盤或者 U盤，常常說要先格式化，才能放文件，說的就是這個。

二、Linux下查看沒有格式化的應硬盤信息

# fdisk -l


Disk /dev/vda: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos
Disk identifier: 0x000a4c75


   Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System
/dev/vda1   *        2048    41943006    20970479+  83  Linux


Disk /dev/vdc: 107.4 GB, 107374182400 bytes, 209715200 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

三、對磁盤進行格式化

mkfs.ext4 /dev/vdc
fdisk /dev/vdc

四、掛在到目錄

mount /dev/vdc1 / 根目錄 / 用戶 A 目錄 / 目錄 1

格式化後的硬盤，須要掛在到某個目錄下面，才能做爲普通的文件系統進行訪問。

五、卸載掛載

umount / 根目錄 / 用戶 A 目錄 / 目錄 1

3、文件系統的相關係統調用

看完了命令行，咱們來看一下，如何使用系統調用在操做文件？咱們先來看一個完整的例子。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>


int main(int argc, char *argv[])
{


  int fd = -1;
  int ret = 1;
  int buffer = 1024;
  int num = 0;


  if((fd=open("./test", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC))==-1)
  {
    printf("Open Error\n");
    exit(1);
  }


  ret = write(fd, &buffer, sizeof(int));
  if( ret < 0)
  {
    printf("write Error\n");
    exit(1);
  }
  printf("write %d byte(s)\n",ret);


  lseek(fd, 0L, SEEK_SET);
  ret= read(fd, &num, sizeof(int));
  if(ret==-1)
  {
    printf("read Error\n");
    exit(1);
  }
  printf("read %d byte(s)，the number is %d\n", ret, num);


  close(fd);


  return 0;
}

當使用系統調用open 打開一個文件時，操做系統會建立一些數據結構來表示這個被打開的文件下一節，咱們就會看到這些。爲了可以找到這些數據結構，在進程中，

咱們會爲這個打開的文件分配一個文件描述符 fd（File Descriptor）。文件描述符，就是用來區分一個進程打開的多個文件的，它的做用域就是當前進程，出了當前進程這個文件描述符就沒有意義了

opne返回的fd必須記錄好，咱們隊這個文件的全部操做都要靠這個fd,包括最後關閉文件

一、open函數

二、write函數

三、read函數

四、lseek函數

 

對於命令行來說，經過 ls 能夠獲得文件的屬性，使用代碼怎麼辦呢？

咱們下面三個函數，能夠返回與打開的文件描述符相關的文件狀態信息，這個信息將會寫到類型爲struct stat 的 buf 結構中。

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
int fstat(int fd, struct stat *statbuf);
int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);


struct stat {
  dev_t     st_dev;         /* ID of device containing file */
  ino_t     st_ino;         /* Inode number */
  mode_t    st_mode;        /* File type and mode */
  nlink_t   st_nlink;       /* Number of hard links */
  uid_t     st_uid;         /* User ID of owner */
  gid_t     st_gid;         /* Group ID of owner */
  dev_t     st_rdev;        /* Device ID (if special file) */
  off_t     st_size;        /* Total size, in bytes */
  blksize_t st_blksize;     /* Block size for filesystem I/O */
  blkcnt_t  st_blocks;      /* Number of 512B blocks allocated */
  struct timespec st_atim;  /* Time of last access */
  struct timespec st_mtim;  /* Time of last modification */
  struct timespec st_ctim;  /* Time of last status change */
};

 五、stat和lstat的區別

接下來咱們來看，如何使用系統調用列出一個文件夾下面的文件以及文件的屬性

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <dirent.h>


int main(int argc, char *argv[])
{
  struct stat sb;
  DIR *dirp;
  struct dirent *direntp;
  char filename[128];
  if ((dirp = opendir("/root")) == NULL) {
    printf("Open Directory Error%s\n");
    exit(1);
  }
  while ((direntp = readdir(dirp)) != NULL){
    sprintf(filename, "/root/%s", direntp->d_name);
    if (lstat(filename, &sb) == -1)
    {
      printf("lstat Error%s\n");
      exit(1);
    }


    printf("name : %s, mode : %d, size : %d, user id : %d\n", direntp->d_name, sb.st_mode, sb.st_size, sb.st_uid);


  }
  closedir(dirp);


  return 0
}

六、opendir函數

七、readdir函數

八、closedir函數

到這裏，你應該既會使用系統調用操做文件，也會使用系統調用操做目錄了。下一節，咱們開始來看內核如何實現的。

 4、總結時刻

這一節，咱們對文件系統的主要功能有了一個整體的印象，咱們經過下面這張圖梳理一下

一、在文件系統上，須要維護文件的嚴格的格式，要經過mkfs.ext4 命令來格式化爲嚴格的格式。

二、每個硬盤上保存的文件都要有一個索引，來維護這個文件珊國的數據塊都保存在哪裏

三、文件經過文件夾組織起來，能夠方便用戶使用

四、爲了可以更快讀取文件，內存裏會分配一塊空間最爲緩存，讓一些數據塊放在緩存裏面

五、在內核中，要有一整臺的數據結構來表示打開的文件

六、在用戶態，每一個打開的文件都是一個文件描述符，能夠經過各類文件相關的系統調用，操做這個文件描述符