一、FILE结构体:

     C将每个文件简单地作为顺序字节流。每个文件用文件结束符结束,或者在特定字节数的地方结束,这个特定的字节数可以存储在系统维护的管理数据结构中。当打开文件时,就建立了和文件的关系。

  在开始执行程序的时候,将自动打开3个文件和相关的流:标准输入流、标准输出流和标准错误。流提供了文件和程序的通信通道。例如,标准输入流使得程序可以从键盘读取数据,而标准输出流使得程序可以在屏幕上输出数据。打开一个文件将返回指向FILE结构(在stdio.h中定义)的指针,它包含用于处理文件的信息,也就是说,这个结构包含文件描述符。文件描述符是操作系统数组(打开文件列表的索引)。每个数组元素包含一个文件控制块(FCB, File Control Block),操作系统用它来管理特定的文件。

FILE结构体在VC6.0中有如下定义:

#ifndef _FILE_DEFINED

struct _iobuf {

    char *_ptr; //文件输入的下一个位置

    int _cnt; //当前缓冲区的相对位置

    char *_base; //指基础位置(即是文件的其始位置) 

    int _flag; //文件标志

    int _file; //文件的有效性验证

    int _charbuf; //检查缓冲区状况,如果无缓冲区则不读取

    int _bufsiz; //???这个什么意思

    char *_tmpfname; //临时文件名

        };

typedef struct _iobuf FILE;

#define _FILE_DEFINED

#endif

Linux文件描述符:

    在Linux中,所有对设备和文件的操作都是用文件描述符来进行的,果此目录文件描述符是一个非负的整数,它是一个索引值,指向内核中每个进程打开文件的记录表。当打开一个现存文件或创建一个新文件时,内核就向进程返回一个文件描述符;当需要读写文件时,也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。

    通常,一个进程启动时,都会打开3个文件:标准输入、标准输出和标准出错处理。这3个文件分别对应文件描述符为0、1和2(宏STD_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO)。

   举个例子,打开/lxj/test4-7.c文件,如下没有test4-7.c文件,程序自动创建,程序中返回的文件描述符为3。因为进程启动时,打开了标准输入、标准输出和标准出错处理三个文件,因此返回的文件描述符为3
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
       int fd;
       if((fd = open("/home/lxj/test4-7.c",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0611))<0)
{

              perror("openfile test4-7.c error!\n");
              exit(1);
       }
       else{
              printf("openfile test4-7.c
success:%d\n",fd);
       }

       if(close(fd) < 0){
              perror("closefile test4-7.c error!\n");
              exit(1);
       }
       else 
              printf("closefile test4-7.c success!\n");
       exit(0);
}

程序执行结果如下:

wKioL1cGaZqRIKC_AAAZ3LlHn9w917.png


二、inode,软链接和硬链接

1、什么是inode:

文件数据都储存在"块"中,我们必须找到一个地方储存文件的元信息,比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode,中文译名为"索引节点"。

2、inode的内容:


inode包含文件的元信息,具体来说有以下内容:

  * 文件的字节数

  * 文件拥有者的User ID

  * 文件的Group ID

  * 文件的读、写、执行权限

  * 文件的时间戳,共有三个:ctime指inode上一次变动的时间,mtime指文件内容上一次变动的时间,atime指文件上一次打开的时间。

  * 链接数,即有多少文件名指向这个inode

  * 文件数据block的位置

 

可以用stat命令,查看某个文件的inode信息:

stat example.txt


总之,除了文件名以外的所有文件信息,都存在inode之中。

 

3、inode的大小:

inode也会消耗硬盘空间,所以硬盘格式化的时候,操作系统自动将硬盘分成两个区域。一个是数据区,存放文件数据;另一个是inode区(inode table),存放inode所包含的信息。

每个inode节点的大小,一般是128字节或256字节。inode节点的总数,在格式化时就给定,一般是每1KB或每2KB就设置一个inode。假定在一块1GB的硬盘中,每个inode节点的大小为128字节,每1KB就设置一个inode,那么inode table的大小就会达到128MB,占整块硬盘的12.8%。

 

查看每个硬盘分区的inode总数和已经使用的数量,可以使用df命令。

df -i

查看每个inode节点的大小,可以用如下命令:

sudo dumpe2fs -h /dev/hda | grep "Inode size"

由于每个文件都必须有一个inode,因此有可能发生inode已经用光,但是硬盘还未存满的情况。这时,就无法在硬盘上创建新文件。

 

4、inode号码:

每个inode都有一个号码,操作系统用inode号码来识别不同的文件。

 

这里值得重复一遍,Unix/Linux系统内部不使用文件名,而使用inode号码来识别文件。对于系统来说,文件名只是inode号码便于识别的别称或者绰号。表面上,用户通过文件名,打开文件。实际上,系统内部这个过程分成三步:首先,系统找到这个文件名对应的inode号码;其次,通过inode号码,获取inode信息;最后,根据inode信息,找到文件数据所在的block,读出数据。

 

使用ls -i命令,可以看到文件名对应的inode号码:

ls -i example.txt

 

5、目录文件:

Unix/Linux系统中,目录(directory)也是一种文件。打开目录,实际上就是打开目录文件。

 

目录文件的结构非常简单,就是一系列目录项(dirent)的列表。每个目录项,由两部分组成:所包含文件的文件名,以及该文件名对应的inode号码。

 

ls命令只列出目录文件中的所有文件名:

ls /etc

ls -i命令列出整个目录文件,即文件名和inode号码:

ls -i /etc

如果要查看文件的详细信息,就必须根据inode号码,访问inode节点,读取信息。ls -l命令列出文件的详细信息。

ls -l /etc


6、inode的特殊作用:

由于inode号码与文件名分离,这种机制导致了一些Unix/Linux系统特有的现象。

1. 有时,文件名包含特殊字符,无法正常删除。这时,直接删除inode节点,就能起到删除文件的作用。

2. 移动文件或重命名文件,只是改变文件名,不影响inode号码。

3. 打开一个文件以后,系统就以inode号码来识别这个文件,不再考虑文件名。因此,通常来说,系统无法从inode号码得知文件名。

      第3点使得软件更新变得简单,可以在不关闭软件的情况下进行更新,不需要重启。因为系统通过inode号码,识别运行中的文件,不通过文件名。更新的时候,新版文件以同样的文件名,生成一个新的inode,不会影响到运行中的文件。等到下一次运行这个软件的时候,文件名就自动指向新版文件,旧版文件的inode则被回收。


7、硬链接:

一般情况下,文件名和inode号码是"一一对应"关系,每个inode号码对应一个文件名。但是,Unix/Linux系统允许,多个文件名指向同一个inode号码。这意味着,可以用不同的文件名访问同样的内容;对文件内容进行修改,会影响到所有文件名;但是,删除一个文件名,不影响另一个文件名的访问。这种情况就被称为"硬链接"(hard link)。

 

ln命令可以创建硬链接:

ln 源文件 目标文件

运行上面这条命令以后,源文件与目标文件的inode号码相同,都指向同一个inode。inode信息中有一项叫做"链接数",记录指向该inode的文件名总数,这时就会增加1。反过来,删除一个文件名,就会使得inode节点中的"链接数"减1。当这个值减到0,表明没有文件名指向这个inode,系统就会回收这个inode号码,以及其所对应block区域。

 

这里顺便说一下目录文件的"链接数"。创建目录时,默认会生成两个目录项:"."和".."。前者的inode号码就是当前目录的inode号码,等同于当前目录的"硬链接";后者的inode号码就是当前目录的父目录的inode号码,等同于父目录的"硬链接"。所以,任何一个目录的"硬链接"总数,总是等于2加上它的子目录总数(含隐藏目录),这里的2是父目录对其的“硬链接”和当前目录下的".硬链接“。

 

8、软链接:

除了硬链接以外,还有一种特殊情况。文件A和文件B的inode号码虽然不一样,但是文件A的内容是文件B的路径。读取文件A时,系统会自动将访问者导向文件B。因此,无论打开哪一个文件,最终读取的都是文件B。这时,文件A就称为文件B的"软链接"(soft link)或者"符号链接(symbolic link)。

 

这意味着,文件A依赖于文件B而存在,如果删除了文件B,打开文件A就会报错:"No such file or directory"。这是软链接与硬链接最大的不同:文件A指向文件B的文件名,而不是文件B的inode号码,文件B的inode"链接数"不会因此发生变化。

 

ln -s命令可以创建软链接。

ln -s 源文文件或目录 目标文件或目录