linux文件I/O之文件共享

1.    3种数据结构

     在了解文件共享之前先熟悉3个数据结构：进程表项， 文件表项，v节点表项，它们用来表示一个打开的文件。

    （1）进程表项：每个进程在进程表中有一个记录项， 记录项包含一张打开文件描述符表，文件描述符包含：

               a.    文件描述符标志（close_on_exec）

               b.    指向一个文件表项的指针

    （2）文件表项：内核为所有打开的文件维持一张文件表，每个文件表项包含：

               a.    文件状态标志（如O_RDONLY, O_RDWR, O_APPEND等）

               b.    文件当前偏移量

               c.    指向该文件v节点的指针

      （3）v节点表项：每个打开的文件有一个v节点表项，包含：

                a.    文件类型

                b.    对该文件进行操作的各个函数的指针

                c.    i-node（包含文件长度、文件所有者、指向文件实际数据块在磁盘上所在位置的指针等信息）

        这3种数据结构的相互关系如图所示：

            

2.    文件共享几种情况

     （1） 执行open函数，都会创建一个新的文件表项，比如调用：

              fd1 = open(path, oflags);

              fd2 = open(path, oflags);

              则fd1和fd2分别指向不同的文件表项，但给定的文件只有一个v节点表项，所以两个文件表项中的v节点指针会指向同一个v节点表项，3种数据结构的关系如图：

          在不同进程中打开同一个文件情况是类似的，都会得到一个新文件表项，共享同一个v节点表项，3种数据结构关系如图：

        （2）执行dup函数，或者fcntl函数（其中的F_DUPFD或F_DUPFD_CLOEXEC命令），会共享文件表项，比如调用：

                  fd1 = open(path, oflags);

                  fd2 = dup(fd1);     //或者 fd2 = fcntl(fd1, F_DUPFD, 0);

                  fd1和fd2指向同一个文件表项，3种数据结构关系如图所示：

           （3）执行fork函数，父进程中所有打开的文件描述符都被复制到子进程中，既然是复制文件描述符，那么跟执行dup的效果是一致的，父子进程会共享文件表项，例如父进程有3个不同的打开文件，fork建立子进程后，3个数据结构的关系如图所示如图所示：

3.    总结

       只要是复制文件描述符的操作(如dup， fcntl的F_DUPFD，fork)，都会共享文件表项；

       同一个文件每执行一次open，都会生成新的文件表项，每个文件表项的当前文件偏移量是独立的，在此情况下向同一个文件写数据可能会有问题：

        比如两次open同一个文件得到fd1和fd2，其文件偏移量均指向文件开头；先用fd1向文件写入一些数据，fd1文件表项中的偏移量会更新，但fd2文件表项中的偏移量不变。然后用fd2向文件写入数据，因为此时fd2文件表项的偏移量仍指向文件开头，所以写入的数据会把先前通过fd1写的数据覆盖。