4.1 緩存 buff 說明

　　一般設置緩存 buff 的大小是由一定的規律的，就是根據磁盤塊的大小來定。

　　Linux下輸入命令： df -k 查看磁盤

　　可以用命令查看下 /dev/sda1 磁盤的磁盤說明

1 sudo tune2fs -l /dev/sda1

　　Block size 就是磁盤塊的大小，這個磁盤塊的大小為 4M ，那麽就可以設置緩存 buff 大小為 4096，一次就可以將數據寫入。

　　設置的緩存大小最好與磁盤塊的大小保持一致，有利於提升讀寫文件的效率。

4.2 操作文件中內核數據結構簡要介紹

• 一個打開的文件再內核中使用三種數據結構表示
  • 文件描述符
    • 文件描述符標誌
    • 文件表項指針
  • 文件表項
    • 文件狀態標誌
      • 讀、寫、追加、同步和非阻塞等狀態標誌　　
    • 當前文件偏移量
    • i 節點表項指針
    • 引用計數器　　
  • i 節點　　　
    • 文件類型和對該文件的操作函數指針
    • 當前文件長度
    • 文件所有者
    • 文件所在的設備、文件訪問權限
    • 指向文件數據在磁盤上所在位置的指針等　　　

4.3 原子操作

4.3.1 介紹

　　主要是open 函數中的文件追加和文件創建

• 文件追加
  • 打開文件時，使用 O_APPEND 標誌，進程對到文件偏移量調整和數據追加成為原子操作
  • 內核每次對文件寫之前，都將進程的當前偏移量設置為該文件的尾端。這樣不再需要 lseek 來調整偏移量　　
• 文件創建
  • 對 open 函數的 O_CREAT 和 O_EXCL 的同時使用，而該文件存在，open 將失敗，否則創建該文件，並且使得文件是否存在的判定和創建過程成為原子操作。　　

　　例子：兩個進程對同一文件進行追加，沒有使用 append 的時候

　　file_append.c

 1 #include <sys/types.h>
 2 #include <sys/stat.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <string.h>
 6 #include <errno.h>
 7
 
 #include <stdlib.h>
 8 #include <stdio.h>
 9 #include <fcntl.h>
10 
11 int main(int argc, char *argv[])
12 {
13     if(argc < 3) {
14         fprintf(stderr, "usage: %s content destfile\n", argv[0]);
15         exit(1);
16     }
17 
18     int fd;
19     int ret;
20     size_t size;
21 
22     fd = open(argv[2], O_WRONLY);
23     if(fd < 0){
24         perror("open error");
25         exit(1);
26     }
27 
28     //定位到文件尾部
29     ret = lseek(fd, 0L, SEEK_END);
30     if(ret == -1) {
31         perror("lseek error");
32         close(fd);
33         exit(1);
34     }
35     
36     sleep(10); //睡眠 10s
37 
38     //往文件中追加內容
39     size = strlen(argv[1]) * sizeof(char);
40     if(write(fd, argv[1], size) != size) {
41         perror("write error");
42         close(fd);
43         exit(1);
44     }
45 
46     return 0;
47 }

　　編譯：gcc -o bin/file_append src/file_append.c

　　創建一個 append.txt 文件，然後開啟兩個終端運行此程序

　　第一個終端：

　　第二各終端：

　　第二個終端在第一個終端之後運行，運行完之後，查看 append.txt 的內容：

　　現象上說明，第二個終端的寫入將第一個終端的寫入給覆蓋掉了。

　　第一個進程運行的時候，文件表項中的當前偏移量來源於 i 節點的文件長度（即調用 lseek 的時候），第二個進程運行的時候也是用 lseek 來獲取偏移量，但是 i 節點中的文件長度沒有增加，所以文件表項中的 當前偏移量 依然未變，因此第二個進程追加的內容覆蓋掉了第一個進程中的內容。

　　要想不覆蓋，則要使用原子操作。將 open 和 註釋掉 lseek 的代碼做修改：

1     //fd = open(argv[2], O_WRONLY);
2     fd = open(argv[2], O_WRONLY | O_APPEND);

　　刪除 appent.txt 中的內容，然後再次在兩個終端中運行兩個程序：

　　加了 O_APPEND 後，write 函數做了幾件事情，此時整個 write 成為一個原子操作，只有當第一個進程的 write 執行完後，第二個進程的 write 才後執行：

1. 從 i 節點中讀取文件長度作為當前偏移量
2. 往文件中寫入數據
3. 修改 i 節點中文件操作

四、文件內核數據結構和原子操作