第四章 文件管理

9.文件基本操作

? ?? “打開文件和關(guān)閉文件”與平常鼠標(biāo)雙擊打開文件和點(diǎn)擊“X”關(guān)閉文件是有所不同的。

? ?? 操作系統(tǒng)在處理open系統(tǒng)調(diào)用時(shí)主要做了以下兩件事情，①根據(jù)我們提供的文件存放路徑在外存當(dāng)中找到這個(gè)目錄對(duì)應(yīng)的目錄表，另外不同的用戶對(duì)文件的操作權(quán)限是不一樣的，有的用戶可能只可以讀這個(gè)文件，而有的用戶既可以讀文件也可以寫文件，而這些用戶對(duì)文件的訪問權(quán)限信息(訪問控制列表ACL)其實(shí)也是記錄在目錄項(xiàng)當(dāng)中的，所以可以根據(jù)目錄項(xiàng)來檢查此時(shí)用戶請(qǐng)求的這個(gè)操作到底是否合法，如果用戶沒有這種操作權(quán)限的話就可以拒絕用戶打開文件；而如果用戶有這種操作權(quán)限的話，那么接下來操作系統(tǒng)會(huì)把這個(gè)文件對(duì)應(yīng)的目錄項(xiàng)復(fù)制到內(nèi)存中的“打開文件表”中，也就是說在用戶打開了一個(gè)文件之后，這個(gè)文件相關(guān)的信息就已經(jīng)放到內(nèi)存當(dāng)中了，之后用戶想要再操作這個(gè)文件只需要根據(jù)這個(gè)“打開文件表”的編號(hào)就可以找到自己想要操作的這個(gè)文件的一切信息，這樣的話就不需要每次查文件的時(shí)候都重新訪問目錄了，因此把目錄項(xiàng)復(fù)制到打開文件表當(dāng)中是可以大幅度的提升文件訪問的速度的。

? ??需要注意的是有兩種打開文件表，一種是系統(tǒng)的打開文件表（整個(gè)系統(tǒng)只有一張），這個(gè)打開文件表中會(huì)記錄所有的正在被其他進(jìn)程使用的文件的一些信息。另外每個(gè)進(jìn)程也會(huì)有自己的打開文件表，這張表中記錄了自己的這個(gè)進(jìn)程此時(shí)已經(jīng)打開的文件是哪些，在進(jìn)程的打開文件表中會(huì)有一個(gè)系統(tǒng)表的索引號(hào)，比如“test.txt”這個(gè)文件在系統(tǒng)打開文件表中是編號(hào)k這個(gè)表項(xiàng)，那么進(jìn)程打開文件表會(huì)記錄下這個(gè)編號(hào)k；同樣的如果另一個(gè)進(jìn)程B也打開了“test.txt”這個(gè)文件那它同樣也會(huì)指向系統(tǒng)的打開文件表。在系統(tǒng)的打開文件表中有一個(gè)字段“打開計(jì)數(shù)器”，用來記錄這個(gè)文件此時(shí)已經(jīng)被幾個(gè)進(jìn)程打開了，此時(shí)如果有兩個(gè)進(jìn)程打開了這個(gè)文件的話，那這個(gè)打開計(jì)數(shù)器就應(yīng)該修改為2?！按蜷_計(jì)數(shù)器”這個(gè)字段是系統(tǒng)打開文件表中所特有的一個(gè)字段。

? ?? 在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置一個(gè)打開文件表的總表（即系統(tǒng)打開文件表）是比較方便實(shí)現(xiàn)某一些文件管理功能的。比如說在使用Windows操作系統(tǒng)的時(shí)候如果我們要嘗試刪除某一個(gè)txt文件，那此時(shí)如果這個(gè)txt文件已經(jīng)被某個(gè)記事本進(jìn)程打開了，那么系統(tǒng)是會(huì)提示我們暫時(shí)無法刪除該文件，其實(shí)系統(tǒng)在背后做的事情就是當(dāng)我們選擇刪除文件的時(shí)候它首先來檢查這個(gè)文件是否已經(jīng)被某個(gè)進(jìn)程打開了，也就是查詢了系統(tǒng)當(dāng)中的打開文件表，如果此時(shí)這個(gè)文件正在被某個(gè)進(jìn)程使用的話，那么這個(gè)文件的數(shù)據(jù)顯然是暫時(shí)不能刪除的，所以如果我們在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)置了一個(gè)系統(tǒng)打開文件表這樣的總表，那么對(duì)于一些文件管理的功能是很方便實(shí)現(xiàn)的。另外，在進(jìn)程的打開文件表當(dāng)中會(huì)有一個(gè)字段“讀寫指針”，記錄了這個(gè)進(jìn)程對(duì)文件進(jìn)行讀寫操作此時(shí)進(jìn)行到了什么位置。在進(jìn)程的打開文件表中還需要標(biāo)明這個(gè)進(jìn)程對(duì)文件的訪問權(quán)限。比如說進(jìn)程A在打開test.txt這個(gè)文件的時(shí)候只是聲明了自己只會(huì)對(duì)test.txt這個(gè)文件進(jìn)行“只讀”操作，那么如果這個(gè)進(jìn)程在之后嘗試對(duì)這個(gè)文件進(jìn)行“寫操作”，那操作系統(tǒng)會(huì)檢查它之前申請(qǐng)的訪問的類型，由于之前它只是聲明了“只讀”，所以這個(gè)寫操作應(yīng)該拒絕。在進(jìn)程打開文件表中比較特殊的是“讀寫指針”，和“訪問權(quán)限”這兩個(gè)字段，不同的進(jìn)程對(duì)一個(gè)文件進(jìn)行讀寫操作進(jìn)行到的位置是不一樣的，所以不同進(jìn)程的讀寫指針也是應(yīng)該不一樣；另外不同的進(jìn)程在打開一個(gè)文件的時(shí)候所申請(qǐng)的這種訪問類型也是不一樣的，因此訪問權(quán)限這個(gè)字段也應(yīng)該放在進(jìn)程的打開文件表中。當(dāng)然除了這里列出的字段之外，在進(jìn)程的打開文件表中還會(huì)有其他的一些文件的信息，這里沒有全部列舉。

? ?? 用戶使用完一個(gè)文件，要“關(guān)閉文件”：
? ?? 當(dāng)這個(gè)進(jìn)程選擇關(guān)閉一個(gè)文件的時(shí)候那么可以把這個(gè)進(jìn)程的打開文件表中這個(gè)文件對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)刪除，相應(yīng)的需要回收分配給這個(gè)文件內(nèi)存緩沖區(qū)等等一系列的資源。另外需要對(duì)系統(tǒng)打開文件表中對(duì)應(yīng)表項(xiàng)的打開計(jì)數(shù)器進(jìn)行-1操作，由于此時(shí)這個(gè)打開計(jì)數(shù)器依然是>0的，所以說明此時(shí)這個(gè)文件還在被其中的某一些進(jìn)程所使用，因此系統(tǒng)打開文件表中對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)暫時(shí)還不能刪除，只有打開計(jì)數(shù)器為0的時(shí)候才需要?jiǎng)h除系統(tǒng)打開文件表中的表項(xiàng)。

? ?? 讀文件、read系統(tǒng)調(diào)用：
? ?? 在我們雙擊打開test.txt這個(gè)文本文檔的時(shí)候在背后其實(shí)是調(diào)用了操作系統(tǒng)提供的read系統(tǒng)調(diào)用，也就是讀文件的功能。通過之前的講解可以知道，在對(duì)文件進(jìn)行讀寫操作之前一定要先打開文件，所以其實(shí)在正式開始讀文件的時(shí)候“記事本”這個(gè)進(jìn)程的打開文件表當(dāng)中已經(jīng)有了這個(gè)文件對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)了，因此記事本這個(gè)進(jìn)程在讀文件的時(shí)候只需要指明自己要讀的這個(gè)文件它對(duì)應(yīng)的打開文件表中的編號(hào)到底是多少就可以了。這就是讀文件的時(shí)候需要提供的第一個(gè)參數(shù)，就是要指明到底要讀的是哪一個(gè)文件。第二個(gè)在讀文件的時(shí)候還需要指明此時(shí)需要讀入多少數(shù)據(jù)，另外還要指明這個(gè)讀入的數(shù)據(jù)是存放在內(nèi)存中的什么位置。這些參數(shù)的填充都是“記事本”這個(gè)進(jìn)程在背后為我們完成的事情。
? ?? 操作系統(tǒng)在處理read系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候會(huì)根據(jù)打開文件表中讀寫指針這個(gè)讀指針?biāo)赶虻耐獯娴刂纺莻€(gè)地方讀入用戶指定的大小的這么多數(shù)據(jù)然后放入到用戶指定的內(nèi)存區(qū)域當(dāng)中。

? ?? 寫文件和讀文件是很類似的，在編輯完一個(gè)文本文檔之后，我們可以點(diǎn)擊文件保存，點(diǎn)擊保存之后其實(shí)記事本這個(gè)應(yīng)用程序在背后是幫我們調(diào)用了操作系統(tǒng)提供的寫文件功能即write系統(tǒng)調(diào)用，這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的作用就是把這個(gè)文件在內(nèi)存當(dāng)中的數(shù)據(jù)再寫回到外存，保存到外存當(dāng)中。所以在進(jìn)行write系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候我們也需要提供這樣的幾個(gè)參數(shù)，第一需要指明要寫的是哪個(gè)文件，同樣的這個(gè)進(jìn)程只需要指明這個(gè)文件在打開文件表中的編號(hào)是多少，操作系統(tǒng)就知道要寫的是哪個(gè)文件了。另外還需要指明這個(gè)寫操作需要寫回的數(shù)據(jù)大小到底是多少，另外還需要指明要寫回外存的這些數(shù)據(jù)是放在內(nèi)存當(dāng)中的什么位置的。 操作系統(tǒng)根據(jù)write系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)，會(huì)從用戶指定的內(nèi)存區(qū)域中讀出指定大小的數(shù)據(jù)然后寫回“寫指針”所指向的外存區(qū)域當(dāng)中。

總結(jié)：
??最重要的是打開文件，該操作會(huì)把目錄項(xiàng)的信息復(fù)制到內(nèi)存當(dāng)中的打開文件表中，需要知道內(nèi)存當(dāng)中有兩種打開文件表，一種是系統(tǒng)的打開文件表（整個(gè)系統(tǒng)只有一張），另外一種是進(jìn)程打開文件表。系統(tǒng)的打開文件表中包含了所有的正在被使用的文件信息，而進(jìn)程的打開文件表中只包含了這個(gè)進(jìn)程本身打開了的那些文件信息。

? ??需要注意的是在打開文件的時(shí)候并不會(huì)把文件的數(shù)據(jù)直接讀入內(nèi)存，只是把文件的目錄項(xiàng)給復(fù)制到了內(nèi)存的打開文件表當(dāng)中。另外系統(tǒng)會(huì)把打開文件表當(dāng)中的索引號(hào)返回給用戶，之后用戶就可以根據(jù)這個(gè)索引號(hào)來查詢打開文件表然后直接操作自己的文件，而不用再每一次都查詢目錄，這個(gè)地方的索引號(hào)在有的教材上也稱為“文件描述符”，這個(gè)術(shù)語在真題中出現(xiàn)過。所以“文件描述符”這個(gè)術(shù)語也需要注意一下，它指的其實(shí)就是進(jìn)程的打開文件表中的編號(hào)。
? ??另外需要注意在進(jìn)程的打開文件表和系統(tǒng)的打開文件表中都會(huì)有一些各自特有的屬性，比如每個(gè)進(jìn)程都不一樣的讀寫指針和訪問權(quán)限，這些肯定需要放在進(jìn)程的打開文件表中的，而一個(gè)文件總共被多少個(gè)進(jìn)程打開了這個(gè)數(shù)據(jù)肯定是需要放在系統(tǒng)的打開文件表中。
? ?? 比較容易和打開文件混淆的是讀文件這個(gè)操作，只有讀文件的時(shí)候才會(huì)把文件的數(shù)據(jù)真正的從外存讀入內(nèi)存。 而對(duì)文件進(jìn)行讀寫操作的時(shí)候用戶不需要再提供文件名，文件路徑這些信息，只需要提供“文件描述符”也就是這個(gè)文件在打開文件表當(dāng)中的索引號(hào)，操作系統(tǒng)就可以知道要讀寫的是哪個(gè)文件了。