【Linux初阶】理解一切皆文件文件属性结构体底层引用记数

news2024/11/26 11:55:50

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🍭🍭系列专栏：【Linux初阶】
✒️✒️本篇内容：理解一切皆文件，文件属性结构体底层理解（struct file、引用记数）
🚢🚢作者简介：计算机海洋的新进船长一枚，请多多指教( •̀֊•́ ) ̖́-

文章目录

前言
一、如何理解一切皆文件
二、文件属性结构体底层理解
- 1.理解 struct file
- 2.文件的引用记数
- 3.总结
结语

前言

书接上回：
1.【Linux初阶】基础IO - 文件操作(使用系统接口实现) | vim批量注释代码
2.【Linux初阶】基础IO - 文件管理(深入理解文件描述符) | 重定向

我们之前的学习中我们学习了部分文件的相关知识，在前面的文章中我们提及到，我们可以将一切软硬件都理解为文件，这到底是为什么呢？在本篇文章中，将会得到解答。

一、如何理解一切皆文件

每个硬件设备都会有属于自己的结构体，用于储存硬件的相关属性或信息。
在硬件的结构体中，一定有自己的读写接口。例如键盘虽然只需要读取而不需要写入，但是并不妨碍它拥有读写两个接口，我们可以把不用的接口置为 null。
硬件的读写接口，存在于硬件的驱动中。每种硬件的访问方法，一定是不一样的！
每个文件都会有自己的文件属性结构体（struct file），用于存储文件属性，在文件属性的结构体中，一定会包含对应的硬件读写函数指针，使得文件可以访问具体硬件的读写方法。
文件属性结构体（struct file）是在操作系统内实现的！

在这里插入图片描述

站在上层来看，所有的设备和文件，统一都是 strcut file。在我们需要的时候，可以通过调用对应文件的读写指针，调用具体的硬件读写方法，用户是不可以跳过操作系统直接访问硬件的！因此，从用户层来看，Linux下，一切皆文件。

实际上，上层看来我们只需要使用统一的文件（实际是不同的文件），底层就会根据情况调用不同的方法，这也是多态思想的一种体现。

我们将存在于OS中的，文件属性数据结构的集合，称为虚拟文件系统（vfs）。我们通过对虚拟文件系统的管理，就可以摒弃掉底层硬件之间的差别，而统一使用文件接口的方式，来进行所有的文件（硬件）操作。

二、文件属性结构体底层理解

1.理解 struct file

在这里插入图片描述

我们可以查看 Linux内核中进程的有关内容，我们发现在进程 struct task_struct中，包含着文件打开的信息，下面的指针指向文件描述符表。

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转到对应的定义，我们可以发现在对应的结构体（文件描述符表）中存在对应的指针数组，指向被打开的文件

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打开 file* 的定义，我们可以看到struct file的部分内容。其中引用记数的知识我们在下一小节会深入讲解。

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在 struct file的内容中往下拉，我们还可以看到

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转到定义

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2.文件的引用记数

有多少个对象指向我（struct file），引用记数 count就是几。

那么文件引用记数的作用是什么呢？我们以文件重定向为例子，之前我们学习过，文件重定向是在子进程中进行的，我们说子进程重定向不会影响父进程。

子进程重定向之前，它会将父进程的 task_struct 和 files_strcut都拷贝一份，用于对文件的操作，但是不需要将存储文件属性或文件内容的数据块再拷贝一次，子进程的文件描述符表依旧指向父进程文件描述符表中对应的文件。

假如我们一不小心在子进程中将某个文件关掉了，是不是父进程就无法再访问了呢？引用记数帮我们解决了这个问题，每个被打开文件的属性结构体中都有自己的引用记数，在子进程创建指向对应文件后，count会自动+1，在子进程结束或手动关闭时，这个文件并不会关闭，而是会将count-1，直到count为0，这个文件才会被操作系统真正关闭或删除！

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