操作系统文件共享机制及代码演示

    xiaoxiao2023-10-27  169

    操作系统文件共享机制及代码演示

    内存inode系统文件打开表用户文件打开表不同的共享关系同进程复制fd跨进程复制fd共享数据独立访问父子进程之间共享数据独立访问同一进程之间共享数据独立访问

    内存inode

    我们知道inode索引节点是UNIX操作系统的一种数据结构,它包含了与文件系统中各个文件相关的一些重要信息,当用户搜索一个文件时,操作系统会根据文件名在磁盘上的inode表中找到该文件对应的inode,该inode包含文件的属主ID,属主的组ID,文件大小,文件使用磁盘块数量,修改时间等信息。但是在实际操作中,操作系统操作的都是内存上的内容,所以内存中会有磁盘上部分的inode表中的数据或者叫做inode表的一个缓存,用于对inode的快速访问,内存中的这块inode叫做内存inode。

    系统文件打开表

    系统文件打开表(Open file table)存在于内存中,整个操作系统只维护一张这样的表,用于保存已经打开文件的FCB文件号、共享计数(打开共享)、读写位置、打开模式、修改标志等信息,其中还有一个比较重要的属性就是一个指向内存inode的一个指针,这个指针的作用我们后面会介绍。

    用户文件打开表

    用户文件打开表(File Descriptor table)是每个进程都有的一张表,用于记录用户打开的文件的一些信息,主要的属性有文件描述符fd和 一个指向系统文件打开表项的指针。

    不同的共享关系

    ​用户文件打开表、系统文件打开表和内存inode的关系如下

    同进程复制fd

    在同一个进程中共享同一个open file table表项,结果是两个文件共享一个句柄,可以dup()实现。

    #include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> int main(){ int fd = open("test.txt",O_RDONLY); int fdcopy = dup(fd); char buff1[10]; char buff2[10]; read(fd, buff1, 5); read(fdcopy, buff2, 5); printf("buff1:%s\n", buff1); printf("buff2:%s\n", buff2); close(fd); close(fdcopy); }

    其中test.txt中的数据是:

    ABCDEFGHIJ

    结果:

    buff1:ABCDE buff2:FGHIJ

    跨进程复制fd

    父进程通过fork命令实现子进程对父进程的一种复制,该父子进程的用户文件打开表一样。

    #include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> int main(){ int fd = open("test.txt",O_RDONLY); pid_t pid = fork(); char buff[10]; if(pid > 0){ read(fd, buff, 5); printf("father:%s\n", buff); } else{ read(fd, buff, 5); printf("son:%s\n", buff); } }

    结果:

    father:ABCDE son:FGHIJ

    共享数据独立访问

    父子进程之间共享数据独立访问

    两个进程访问同一个文件,但是其系统文件打开表指向不同。代码和上面的跨进程复制fd几乎一样,只是这个open函数在fork函数之后执行,导致两个进程file ptr分别指向系统文件打开表不同位置。

    #include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> int main(){ pid_t pid = fork(); int fd = open("test.txt",O_RDONLY); char buff[10]; if(pid > 0){ read(fd, buff, 5); printf("father:%s\n", buff); } else{ read(fd, buff, 5); printf("son:%s\n", buff); } }

    结果:

    father:ABCDE son:ABCDE

    同一进程之间共享数据独立访问

    同一个进程操作同一文件,但是对应的系统文件打开表表项不一样。

    int main(){ int fd1 = open("test.txt",O_RDONLY); int fd2 = open("test.txt", O_RDONLY); char buff1[10]; char buff2[10]; read(fd1, buff1, 5); read(fd2, buff2, 5); printf("buff1:%s\n", buff1); printf("buff2:%s\n", buff2); close(fd1); close(fd2); }

    结果:

    buff1:ABCDE buff2:ABCDE
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