2021-02-25 分類: 網(wǎng)站建設(shè)
1.軟鏈接和硬鏈接的區(qū)別
我們知道文件都有文件名與數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)分兩部分:用戶數(shù)據(jù) (user data) 與元數(shù)據(jù) (metadata)。用戶數(shù)據(jù),即文件數(shù)據(jù)塊 (data block),數(shù)據(jù)塊是記錄文件真實(shí)內(nèi)容的地方;而元數(shù)據(jù)則是文件的附加屬性,如文件大小、創(chuàng)建時(shí)間、所有者等信息。在 Linux 中,元數(shù)據(jù)中的 inode 號(hào)(inode 是文件元數(shù)據(jù)的一部分但其并不包含文件名,inode 號(hào)即索引節(jié)點(diǎn)號(hào))才是文件的唯一標(biāo)識(shí)而非文件名。文件名僅是為了方便人們的記憶和使用,系統(tǒng)或程序通過 inode 號(hào)尋找正確的文件數(shù)據(jù)塊
為解決文件的共享使用,Linux 系統(tǒng)引入了兩種鏈接:硬鏈接 (hard link) 與軟鏈接(又稱符號(hào)鏈接,即 soft link 或 symbolic link)。鏈接為 Linux 系統(tǒng)解決了文件的共享使用,還帶來了隱藏文件路徑、增加權(quán)限安全及節(jié)省存儲(chǔ)等好處。若一個(gè) inode 號(hào)對(duì)應(yīng)多個(gè)文件名,則稱這些文件為硬鏈接。硬鏈接就是同一個(gè)文件使用了多個(gè)別名
由于硬鏈接是有著相同 inode 號(hào)僅文件名不同的文件,因此硬鏈接存在以下幾點(diǎn)特性:
inode 號(hào)僅在各文件系統(tǒng)下是唯一的,當(dāng) Linux 掛載多個(gè)文件系統(tǒng)后將出現(xiàn) inode 號(hào)重復(fù)的現(xiàn)象,因此硬鏈接創(chuàng)建時(shí)不可跨文件系統(tǒng)
軟鏈接與硬鏈接不同,若文件用戶數(shù)據(jù)塊中存放的內(nèi)容是另一文件的路徑名的指向,則該文件就是軟連接。軟鏈接就是一個(gè)普通文件,只是數(shù)據(jù)塊內(nèi)容有點(diǎn)特殊。軟鏈接有著自己的 inode 號(hào)以及用戶數(shù)據(jù)塊。因此軟鏈接的創(chuàng)建與使用沒有類似硬鏈接的諸多限制:
2.Linux VFS
Linux 有著極其豐富的文件系統(tǒng),大體上可分如下幾類:
實(shí)現(xiàn)以上這些文件系統(tǒng)并在 Linux 下共存的基礎(chǔ)就是 Linux VFS(Virtual File System 又稱 Virtual Filesystem Switch),即虛擬文件系統(tǒng)。VFS 作為一個(gè)通用的文件系統(tǒng),抽象了文件系統(tǒng)的四個(gè)基本概念:文件、目錄項(xiàng) (dentry)、索引節(jié)點(diǎn) (inode) 及掛載點(diǎn),其在內(nèi)核中為用戶空間層的文件系統(tǒng)提供了相關(guān)的接口。VFS 實(shí)現(xiàn)了 open()、read() 等系統(tǒng)調(diào)并使得 cp 等用戶空間程序可跨文件系統(tǒng)。VFS 真正實(shí)現(xiàn)了上述內(nèi)容中:在 Linux 中除進(jìn)程之外一切皆是文件。
Linux VFS 存在四個(gè)基本對(duì)象:超級(jí)塊對(duì)象 (superblock object)、索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象 (inode object)、目錄項(xiàng)對(duì)象 (dentry object) 及文件對(duì)象 (file object)。超級(jí)塊對(duì)象代表一個(gè)已安裝的文件系統(tǒng);索引節(jié)點(diǎn)對(duì)象代表一個(gè)文件;目錄項(xiàng)對(duì)象代表一個(gè)目錄項(xiàng),如設(shè)備文件 event5 在路徑 /dev/input/event5 中,其存在四個(gè)目錄項(xiàng)對(duì)象:/ 、dev/ 、input/ 及 event5。文件對(duì)象代表由進(jìn)程打開的文件。為文件路徑的快速解析,Linux VFS 設(shè)計(jì)了目錄項(xiàng)緩存(Directory Entry Cache,即 dcache)。
3.文件的打開過程
open()系統(tǒng)調(diào)用的過程如下:
當(dāng)進(jìn)程close()一個(gè)文件時(shí):
4.inode的理解
操作系統(tǒng)讀取硬盤的時(shí)候,不會(huì)一個(gè)個(gè)扇區(qū)地讀取,這樣效率太低,而是一次性連續(xù)讀取多個(gè)扇區(qū),即一次性讀取一個(gè)"塊"(block)。這種由多個(gè)扇區(qū)組成的"塊",是文件存取的最小單位。"塊"的大小,最常見的是4KB,即連續(xù)八個(gè) sector組成一個(gè) block。
文件數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存在"塊"中,那么很顯然,我們還必須找到一個(gè)地方儲(chǔ)存文件的元信息,比如文件的創(chuàng)建者、文件的創(chuàng)建日期、文件的大小等等。這種儲(chǔ)存文件元信息的區(qū)域就叫做inode,中文譯名為"索引節(jié)點(diǎn)"。
inode包含文件的元信息,具體來說有以下內(nèi)容:
* 文件的字節(jié)數(shù)
* 文件擁有者的User ID
* 文件的Group ID
* 文件的讀、寫、執(zhí)行權(quán)限
* 文件的時(shí)間戳,共有三個(gè):ctime指inode上一次變動(dòng)的時(shí)間,mtime指文件內(nèi)容上一次變動(dòng)的時(shí)間,atime指文件上一次打開的時(shí)間。
* 鏈接數(shù),即有多少文件名指向這個(gè)inode
* 文件數(shù)據(jù)block的位置
除了文件名以外的所有文件信息,都存在inode之中
每個(gè)inode都有一個(gè)號(hào)碼,操作系統(tǒng)用inode號(hào)碼來識(shí)別不同的文件。
表面上,用戶通過文件名,打開文件。實(shí)際上,系統(tǒng)內(nèi)部這個(gè)過程分成三步:首先,系統(tǒng)找到這個(gè)文件名對(duì)應(yīng)的inode號(hào);其次,通過inode號(hào),獲取inode信息;最后,根據(jù)inode信息,找到文件數(shù)據(jù)所在的block,讀出數(shù)據(jù)。
目錄(directory)也是一種文件,目錄文件的結(jié)構(gòu)非常簡單,就是一系列目錄項(xiàng)(dirent)的列表。每個(gè)目錄項(xiàng),由兩部分組成:所包含文件的文件名,以及該文件名對(duì)應(yīng)的inode號(hào)碼。
數(shù)據(jù)塊尋址
inode中記錄了文件數(shù)據(jù)塊的位置,有三種尋址方式:direct blocks直接指向數(shù)據(jù)塊;single indirect指向一個(gè)block,該block中為數(shù)據(jù)塊的指針;double indirect,兩級(jí)block
5.文件描述符
在Linux系統(tǒng)中一切皆可以看成是文件,文件又可分為:普通文件、目錄文件、鏈接文件和設(shè)備文件。文件描述符(file descriptor)是內(nèi)核為了高效管理已被打開的文件所創(chuàng)建的索引,其是一個(gè)非負(fù)整數(shù)(通常是小整數(shù)),用于指代被打開的文件,所有執(zhí)行I/O操作的系統(tǒng)調(diào)用都通過文件描述符。程序剛剛啟動(dòng)的時(shí)候,0是標(biāo)準(zhǔn)輸入,1是標(biāo)準(zhǔn)輸出,2是標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤。如果此時(shí)去打開一個(gè)新的文件,它的文件描述符會(huì)是3。POSIX標(biāo)準(zhǔn)要求每次打開文件時(shí)(含socket)必須使用當(dāng)前進(jìn)程中最小可用的文件描述符號(hào)碼
文件描述符是系統(tǒng)的一個(gè)重要資源,雖然說系統(tǒng)內(nèi)存有多少就可以打開多少的文件描述符,但是在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過程中內(nèi)核是會(huì)做相應(yīng)的處理的,一般大打開文件數(shù)會(huì)是系統(tǒng)內(nèi)存的10%(以KB來計(jì)算)(稱之為系統(tǒng)級(jí)限制)
6.文件描述符和打開文件之間的關(guān)系
每一個(gè)文件描述符會(huì)與一個(gè)打開文件相對(duì)應(yīng),同時(shí),不同的文件描述符也會(huì)指向同一個(gè)文件。相同的文件可以被不同的進(jìn)程打開也可以在同一個(gè)進(jìn)程中被多次打開。系統(tǒng)為每一個(gè)進(jìn)程維護(hù)了一個(gè)文件描述符表,該表的值都是從0開始的,所以在不同的進(jìn)程中你會(huì)看到相同的文件描述符,這種情況下相同文件描述符有可能指向同一個(gè)文件,也有可能指向不同的文件。具體情況要具體分析,要理解具體其概況如何,需要查看由內(nèi)核維護(hù)的3個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
進(jìn)程級(jí)的描述符表的每一條目記錄了單個(gè)文件描述符的相關(guān)信息。
內(nèi)核對(duì)所有打開的文件的文件維護(hù)有一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的描述符表格(open file description table)。有時(shí),也稱之為打開文件表(open file table),并將表格中各條目稱為打開文件句柄(open file handle)。一個(gè)打開文件句柄存儲(chǔ)了與一個(gè)打開文件相關(guān)的全部信息,如下所示:
在進(jìn)程A中,文件描述符1和30都指向了同一個(gè)打開的文件句柄(標(biāo)號(hào)23)。這可能是通過調(diào)用dup()、dup2()、fcntl()或者對(duì)同一個(gè)文件多次調(diào)用了open()函數(shù)而形成的。
進(jìn)程A的文件描述符2和進(jìn)程B的文件描述符2都指向了同一個(gè)打開的文件句柄(標(biāo)號(hào)73)。這種情形可能是在調(diào)用fork()后出現(xiàn)的(即,進(jìn)程A、B是父子進(jìn)程關(guān)系),或者當(dāng)某進(jìn)程通過UNIX域套接字將一個(gè)打開的文件描述符傳遞給另一個(gè)進(jìn)程時(shí),也會(huì)發(fā)生。再者是不同的進(jìn)程獨(dú)自去調(diào)用open函數(shù)打開了同一個(gè)文件,此時(shí)進(jìn)程內(nèi)部的描述符正好分配到與其他進(jìn)程打開該文件的描述符一樣。
此外,進(jìn)程A的描述符0和進(jìn)程B的描述符3分別指向不同的打開文件句柄,但這些句柄均指向i-node表的相同條目(1976),換言之,指向同一個(gè)文件。發(fā)生這種情況是因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程各自對(duì)同一個(gè)文件發(fā)起了open()調(diào)用。同一個(gè)進(jìn)程兩次打開同一個(gè)文件,也會(huì)發(fā)生類似情況。
7. 總結(jié)
網(wǎng)頁名稱:Linux系統(tǒng)篇-文件系統(tǒng)&虛擬文件系統(tǒng)(非常重要?。?/a>
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