操作系统文件共享机制及代码演示

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）存在于内存放中，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