Linux文件操作源码分析记录（写、修改、关闭、删除文件）

上一篇文章我们follow了一下Linux 0.11版本打开与读文件操作，本篇文章我们对写文件进行一个详细的叙述。

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基础篇

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文件系统用来存储文件内容、文件属性、和目录。这些类型的数据如何存储在磁盘块上的呢？unix/linux使用了一个简单的方法。

它将磁盘块分为三个部分：

1. 超级块，文件系统中第一个块被称为超级块。这个块存放文件系统本身的结构信息。比如，超级块记录了每个区域的大小，超级块也存放未被使用的磁盘块的信息。
2. inode表。超级块的下一个部分就是i-节点表，每个文件都有一些属性，如文件的大小、文件所有者、和创建时间等，这些性质被记录在一个称为i-节点的结构中。所有i-节点都有相同的大小，并且i-节点表是这些结构的一个列表，文件系统中每个文件在该表中都有一个i-节点。
3. 数据区。文件系统的第3个部分是数据区。文件的内容保存在这个区域。磁盘上所有块的大小都一样。如果文件包含了超过一个块的内容，则文件内容会存放在多个磁盘块中。一个较大的文件很容易分布上千个独立的磁盘块中.

写文件操作

由于所研究的操作系统为Linux 0.11 所以我们的文件所存储的大小是有限的，并且操作系统只能以数据块（1 KB）为单位，将缓冲区中的缓冲块（1 KB）的数据同步到外设上。

简单来说：进程空间的数据先要写入缓冲区中，然后操作系统在适当的条件下，将缓冲区中的数据同步到外设上。“这就需要在同步之前，缓冲块与外设上要写入的逻辑块进行一对一绑定，确定外设上的写入位置，以此保证用户空间写入缓冲块的数据，能够准确地同步到指定逻辑块中。”

那么我们如何确定文件的写入位置呢？

具体来说，系统将首先调用write()之后调用sys_write()最后调用file_write()函数。

其中file_write()中有create_block()函数，用于创建新的数据块。

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在create_block()函数中包括_bmap()函数，这个函数之前也出现过，而当时第三个参数传入的为0，这里传入1，代表新建一个块：

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具体的创建工作是在new_block()函数中进行的，内容包括两部分：

1）将新建数据块对应的逻辑块位图置1。

2）在缓冲区中为新建的数据块申请缓冲块，用以承载写入的内容。

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回到file_write()函数：

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之后我们需要将主存中的数据复制到缓冲块

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至此我们已经将数据写入到缓冲区中，之后我们需要将数据从缓冲区转移到外设：

数据从缓冲区同步到硬盘有两种方法。

①一种是updata定期同步；②另一种是因缓冲区使用达到极限，操作系统强行同步。

而这里为了性能考虑，系统并不会立即将数据写入底层。I/O代价实在是非常大的。

那么对于第一种：update定期同步需要一个常驻内存的update进程，该进程会调用pause()函数，并映射到sys_pause()函数，使该进程被设置为可中断等待状态。每隔一段时间，操作系统就将updata进程唤醒。它执行后，调用sync()函数，将缓冲区中的数据同步到外设上。

即：update进程——>pause()——>sys_pause()——>sync()——>sys_sync()

sys_sync()函数先将改动过的文件i节点写入缓冲区（其余内容已经在缓冲区中了），之后，遍历整个缓冲区，只要发现其中缓冲块内容被改动过（b_dirt被置1），就全部同步到外设上。

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这里我们需要详细的看一下sync_inodes()函数是如何将inode写入缓冲区的。

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当inode改过，则调用write_inode()函数：

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最后我们需要回到最初的函数中，当sync_inodes()同步完成后，我们将缓冲区中的数据更新，如果发现该数据内容被改写（b_dirt置1了，于是我们就将缓冲区同步到外设中即可）

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第二种可能，倘若一次性写入大量的数据，那么我们缓冲区肯定无法容下如此庞大的数据量，于是等不到update被唤醒我们就需要同步操作，此时需要getblk()函数发挥作用了：

当在缓冲区中找到的空闲块都已经无法继续写入信息（b_dirt都是1）时，就说明需要腾空间了。

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修改文件操作

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由于写文件是从末尾追加，而无法修改中间数据。那我们应该如何修改数据呢？

这就需要我们使用sys_lseek()函数了：

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之后根据偏移量进行修改即可：

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文件改为 hello,Linuxworld。

关闭文件操作

“close()函数最终映射到sys_close()系统调用函数去执行。将当前进程的task_struct中的filp[20]与file_table[64]解除关系。”

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根据前文我们知道，filp[]为用户进程中的数组，而file_table[]为内核中的登记数组。

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删除文件操作

“删除文件与5.7节中关闭文件有所不同：关闭文件只是解除当前进程与hello.txt文件在file_table[64]中指定挂接点的关系，而删除操作的效果表现为所有进程都无法访问到hello.txt这个文件。”

其调用sys_unlink()函数：

1 获取文件inode
2 检查inode属性
3 检查权限保证可以删除

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而iput函数用于清除inode上的所有信息：

此时对应truncate()：

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用于将一级、多级索引释放：

即调用：

memset（inode，0，sizeof（*inode））；//将i节点表中hello.txt文件i节点的表项清零

清0后，即使磁盘上仍然保存数据，但是没有任何手段能访问到了。