文件系统接口¶

本章问题：文件名、文件描述符和文件内容分别是什么？删除一个名字后，已打开的文件为什么还能读？

学习顺序：

1. 从打开、读取、定位和关闭认识文件接口。
2. 分清名字、打开实例、文件对象三层引用。
3. 按路径逐层查找，理解硬链接与符号链接。
4. 检查文件与目录权限，区分可见和持久化。

文件把存储变成什么¶

文件让程序按名字与字节位置访问内容，例如读取文本第100个字节，而不用先告诉程序它位于哪台设备的哪个物理块。

文件名帮助查找，打开后得到的句柄帮助后续操作，文件偏移记录这次访问走到了哪里；这几个信息分别承担不同工作。

磁盘只提供存储位置，程序更希望使用名字和内容。文件把一组数据组织成可命名、可访问的对象，常有类型、大小、所有者、权限和时间等属性。

文件内容可以被视为字节流，也可按固定或变长逻辑记录解释；记录组织由接口和格式约定决定。

• 常见顺序是创建或打开→读写或定位→关闭。
• open取得访问对象的句柄，Unix风格中叫文件描述符（fd）；
• read从当前偏移读数据并推进偏移；
• write写入；
• seek改变位置；
• close释放打开引用。
• 调用成功与实际处理的字节数要看返回值，不能只按请求长度推断。

名字、打开实例与内容¶

flowchart TB
    A["fd a"] --> O1["打开实例1：偏移与打开状态"]
    B["fd b：由dup得到"] --> O1
    C["fd c：独立open得到"] --> O2["打开实例2：独立偏移"]
    O1 --> F["同一文件对象：身份、属性、数据位置"]
    O2 --> F
    N["目录中的文件名"] -->|"关联文件身份"| F

沿箭头判断谁影响谁：a与b汇入同一打开实例，所以任意一方读取推进的是同一个偏移；c汇入另一个实例，读取不会改变a、b的偏移。三者最后都到同一文件对象，所以看到的文件身份和内容来源相同。

把三层分清：目录项把名字关联到文件身份；文件对象保存身份、属性与存储关系；打开实例保存本次打开的偏移与状态，进程fd再引用它。同一文件可以有多个名字，也可以被独立打开多次。

dup(a)通常让新fd引用a的同一打开实例；独立再 open 则有独立偏移。fork继承的fd也可能共享打开实例。这说明共享偏移要看引用关系，不能只看“是否同一文件”。

路径怎样找到文件¶

绝对路径从根目录出发，相对路径从当前目录出发；.表示当前目录，..表示父目录。

当前为 /home/u/notes 时，../draft.txt得到 /home/u/draft.txt。系统逐层搜索目录项，并检查路径上每层的搜索权限。

单级目录容易重名，两级目录按用户分组，树形目录允许逐层组织。共享链接会使结构出现图，遍历时需注意重复访问与环。

挂载把另一个文件系统接到一个目录位置，改变该路径下当前可见的内容；底层原有文件通常被遮盖，并未因挂载而删除。

• 顺序访问沿当前位置处理；
• 直接访问按字节或记录编号定位。
• 固定长度记录长 \(L\) 时，第 \(i\) 条记录从 \(iL\) 开始；
• 变长记录则需扫描或索引。
• 索引访问先按键找到记录位置，再读取内容，这个“索引”与下章的磁盘块索引属于不同层次。

练习 1¶

删除名字后还有什么¶

硬链接是多个目录项指向同一文件身份；符号链接保存目标路径。删除一个硬链接只减少名字引用，其他硬链接和已打开fd仍可访问。符号链接的目标路径若消失，它成为悬空链接，即使文件还有其他名字。

练习 2¶

权限与共享保证¶

• 目录可以看作“名字到文件身份的表”。
• 列出这张表的名字需要目录读权限；
• 已知名字后在表中寻找条目需要搜索权限；
• 添加或删除条目涉及目录写权限。
• 文件自身读写权限控制内容，因此“能读取文件”与“能删除文件名”可能得到不同答案。

Unix常用r/w/x表示读、写、执行权限，分别给所有者、组和其他人。文件的r允许读内容；目录的r允许列名字，x允许按名字搜索，w影响增删目录项，通常还需目录x。

删除文件主要看父目录权限，不能只看文件本身是否可写。

多个程序同时访问时还要确定一致性语义：修改何时对其他读取者可见，偏移是否共享，是否需要锁，以及何时真正持久化到设备。

缓存可见不等于掉电不丢，统一文件接口也不自动保证不同文件系统具有相同同步语义。

练习 3¶

记忆要点¶