Глава 11 Простое управление файлами

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

Глава 11

Простое управление файлами

Файлы — это наиболее распространенная абстракция ресурсов, используемая в мире Unix. Такие ресурсы, как память, дисковое пространство, устройства и каналы межпроцессного взаимодействия (IPC), могут быть представлены в виде файлов. Поддерживая унифицированную абстракцию для этих ресурсов, Unix уменьшает количество программных интерфейсов, которые обязан знать программист. Ниже перечислены ресурсы, доступные через файловые операции.

• Обычные файлы. Это то, о чем большинство пользователей компьютеров думают как о файлах. Они служат репозиториями данных, которые могут расти до необходимых размеров, и обеспечивают произвольный доступ. Файлы Unix являются байт-ориентированными — любое другое логическое представление является результатом программных преобразований; ядро ничего не знает о них.

• Каналы (pipes). Простейший механизм IPC в Unix. Обычно один процесс пишет информацию в канал в то время как другой читает из него. Каналы — это то, что командные оболочки используют для перенаправления ввода-вывода (например, ls -LR | grep notes или ls | more), и многие программы применяют каналы для того, чтобы передавать свой ввод программам, запущенным в виде их подпроцессов. Существуют два типа каналов: именованные и неименованные. Неименованные каналы создаются по мере необходимости и исчезают, как только читатель и писатель на концах канала закрывают его. Неименованные каналы называются так, потому что они не существуют в файловой системе и потому не имеют файловых имен[36]. Именованные каналы обладают именами файлов, и имя файла используется для того, чтобы позволить двум независимым процессам общаться через канал (подобно тому, как работают сокеты доменов Unix (см. главу 17)). Каналы также известны как FIFO (first-in-first-out), потому что данные упорядочены в манере "первым вошел — первым вышел".

• Каталоги. Специальные файлы, которые содержат списки файлов, хранящихся внутри них. Старые реализации Unix позволяли программам читать и писать их в той же манере, что и обычные файлы. Чтобы обеспечить большую степень абстракции, добавлен специальный набор системных вызовов для обеспечения манипуляций каталогами, хотя каталоги по-прежнему открываются и закрываются подобно обычным файлам. Эти функции рассматриваются в главе 14.

• Файлы устройств. Большинство физических устройств представлены в виде файлов. Есть два типа файлов устройств: блочные устройства и символьные устройства. Файлы блочных устройств представляют аппаратные устройства[37], которые не могут быть прочитаны побайтно; они должны читаться блоками определенного размера. В Linux блочные устройства принимают специальное управление от ядра[38]и могут содержать файловые системы[39]. Дисковые приводы, включая CD-ROM и RAM-диски, являются наиболее часто используемыми блочными устройствами. Символьные устройства могут быть прочитаны по одному символу за раз, и ядро не представляет для них никаких средств кэширования или упорядочивания. Модемы, терминалы, принтеры, звуковые карты и мыши — все это символьные устройства. Традиционно к каждому из них привязана некая сущность в каталоге /dev, что позволяет пользовательским процессам получать доступ к ресурсам устройств как к файлам.

• Символические ссылки. Специальный тип файла, который содержит путь к другому файлу. Когда открывается символическая ссылка, система распознает ее как ссылку, читает ее значение и открывает файл, на который она ссылается, вместо самой ссылки. Когда используется значение, сохраняемое в символической ссылке, говорят, что система следует по ссылке. Если не указано другое, предполагается, что системные вызовы следуют по ссылкам, которые переданы им.

• Сокеты. Подобно каналам, сокеты представляют собой каналы IPC. Они более гибки, чем каналы, и могут создавать IPC-каналы между процессами, запущенными на разных машинах. Сокеты обсуждаются в главе 17.

Во многих операционных системах отношение между файлами и файловыми именами построены по принципу соответствия "один к одному". Каждый файл имеет имя в файловой системе, и каждое имя отображается на один файл. Unix разделяет эти две концепции, обеспечивая более высокую гибкость.

Единственной уникальной отличительной чертой файла является его inode (от information node — информационный узел). Информационный узел файла содержит всю информацию о файле, включая права доступа, ассоциированные с ним, его текущий размер, количество имен, которые он имеет (оно может быть равно нулю, одному, двадцати или больше). Существуют два типа информационных узлов, in-core inode (информационный узел в ядре) — единственный тип, о котором нам нужно заботиться; каждый открытый файл в системе имеет его. Ядро отслеживает такие узлы в памяти, и они одинаковы для файловых систем всех типов. Другой тип узлов — on-disk inode (информационный узел на диске). Каждый файл в файловой системе имеет такой узел, и его точная структура зависит от типа файловой системы, в которой хранится файл.

Когда процесс открывает файл в файловой системе, on-disk inode загружается в память и превращается в in-core inode. Когда последний модифицируется, он трансформируется обратно в on-disk inode и сохраняется в файловой системе[40].

in-core inode и on-disk inode не содержат абсолютно одинаковую информацию. Так, например, только in-core inode отслеживает, сколько процессов в системе в данный момент используют файл, ассоциированный с ним.

Когда in-core inode и on-disk inode синхронизируются ядром, большинство системных вызовов завершаются обновлением этих узлов. Когда такое происходит, мы просто будем говорить об обновлении узла; это подразумевает, что изменением затронуты как in-core inode, так и on-disk inode. Некоторые файлы (такие как неименованные каналы), не имеют on-disk inode. В этом случае обновляется только in-core inode.

Имя файла существует только в каталоге, который связывает имя с on-disk inode. Вы можете воспринимать об именах файлов, как об указателях на дисковые узлы для файлов, ассоциированных с ними. Дисковый узел содержит в счетчике ссылок количество имен файлов, которые на него ссылаются. Когда файл удаляется, счетчик ссылок уменьшается на единицу, и если достигает 0, и ни один процесс не держит его открытым, то занятое файлом пространство освобождается. Если же другие процессы держат файл открытым, дисковое пространство освобождается тогда, когда последний из них закрывает файл.

Все это делает доступными следующие возможности.

• Можно иметь множество процессов, имеющих доступ к файлу, который не существует в файловой системе (такому, например, как канал).

• Можно создать файл на диске, удалить его вход в каталоге и продолжать выполнять чтение и запись файла.

• Можно изменить /tmp/foo и немедленно увидеть изменения в /tmp/bar, если оба имени файла ссылаются на один узел.

Система Unix всегда работала описанным образом, хотя эти операции и могут привести в замешательство новых пользователей и программистов. До тех пор, пока вы помните, что имя файла — это всего лишь указатель на дисковый узел, а сам узел — реальный ресурс, с вами все будет в порядке.