Linux系统编程第14章-系统编程概念

1.设备文件：

Linux系统中每个设备都有设备驱动程序，是内核的一部分。由驱动程序提供的api是固定的，一般都包括open，close，read，write，mmap，ioctl等，这样可以保证IO借口的通用性。IOCTL可以提供对特定设备的特定操作，可以自己定义ioctl命令，来实现对设备的特殊操作。不管是真实的设备还是虚拟的设备，都有一样的设备驱动程序。设备驱动程序可以分为两类：字符型设备基于每个字符来处理数据。终端和键盘都属于字符型设备。块设备则每次处理一块数据。块大小取决于设备类型，通常为512字节的倍数，磁盘和磁带都属于块设备。设备名称位于/dev目录下。超级用户可以使用mknod命令来创建设备。设备ID：每个设备都有主辅ID号各一。主ID号标识一般的设备等级，内核会使用主ID号查找与该类设备相应的驱动程序。辅ID号能够在一般等级中确定唯一标识特定设备。ls -l命令可以显示设备文件的主辅ID号。

2.磁盘和分区：

可以将磁盘划分为一个或多个分区，内核则将各个分区视为位于/dev路径下的单独设备。可以使用fdisk命令来决定磁盘分区的编号，大小和类型。命令fdisk -l会列出磁盘上的所有分区。Linux特有的文件/proc/partitions记录了系统中每个磁盘分区的主辅设备编号，大小和名称。每个分区可以存放文件系统，数据区域或者交换区域。

3.文件系统：

利用mkfs命令创建文件系统。在文件系统中，用来分配空间的基本单位是逻辑块，一般为1024,2048,4096等字节。每个分区上可以建立一个文件系统，文件系统包括引导块，超级块，i节点表，数据块

引导块：文件系统的首块，不为文件系统所用，用来包含引导操作系统的信息。操作系统只需要一个引导块，但每个文件系统都有引导块，所以大部分文件系统的引导块没有被用到。

超级块：包含文件系统有关的信息，包括i节点表容量，文件系统逻辑块的大小，以逻辑块计，文件系统的大小。

i节点表：

文件系统中的每个文件或者目录在i节点表中都对应着唯一一条记录。记录了关乎文件的各种信息。

数据块：存放数据。

4.i节点：

i节点就是索引节点，每个文件都有一个i节点，文件系统的i节点表维护了很多i节点的信息。每个i节点都有一个i节点号，就是

ls -li命令所显示的第一列。

i节点维护的信息如下：

a.文件类型，比如常规文件，目录，符号链接，字符设备等。

b.文件属主，即UID

c.文件数组，即GID

d.3类用户的访问权限

e.3个时间戳，文件的最后访问时间，文件的最后修改时间，文件状态的最后改变时间。

f.指向文件的硬链接数量

g.文件的大小，字节为单位

h.实际分配的块数量，512字节为单位。因为文件可能有空洞，所以实际分配的数量可以小于文件大小。

i.指向文件数据块的指针（有一组指针，因为文件的数据存储的位置可能不是连续的。）

5.虚拟文件系统VFS

因为Linux支持多种文件系统，各种文件系统实现原理存在差异，所以在用户层和实际文件系统之间抽象了一层虚拟文件系统，定义一套通用的接口，然后用户层就通过通用的标准接口访问操作各种文件系统。

7.单根目录层级和挂载点

Linux上的文件系统都是单根目录系统，树根就是/，也就是根目录。

mount device directory 这个directory就是挂载点。

8.文件系统的挂载和卸载

系统调用mount()and umount()运行特权级进程可以挂载和卸载文件系统。/proc/mount可以查看已经挂载文件系统的列表。

mount和umount命令自动维护/etc/mtab文件的信息，里面的信息和mount信息差不多，只不过稍微详细一点，但是mount()和umount（）系统调用不会维护该文件，所以造成和mount信息有出入。

/etc/fstab包含了对系统支持的所有文件系统的描述。

以上三个文件的内容格式相同，比如：

/dev/sda9 /boot ext3 rw 0 0

包含了六个字段，分别为 已挂载文件名，设备的挂载点，文件系统类型，挂载标志权限，一个数字，一个数字。

a.挂载文件的系统调用：

#include<sys/mount.h>
int mount(count char *source, const char *target, const char *fstype, unsinged long mountflags, const void *data);

mountflags标志位参见P217 fstype是一个字符串，用来表示文件系统，比如ext4，btrfs等。source是设备名称，target是挂载点。

b.卸载文件系统：

#include<sys/mount.h>
int umount(const char *target)//target为文件系统的挂载点
int umount(const char *target, int flags);//umount系统调用的扩展，flags参数是一些位掩码组成。

9.高级挂载特性：

a.在多个挂载点挂载文件系统：

从内核2.4开始，一个文件系统可以同时挂载到多个位置。每个挂载点下显示的内容都是一样的，修个一个挂载点的内容，其他挂载点同样可见。

b.多次挂载同一挂载点

Linux允许针对同一挂载点执行多次挂载。每次的新挂载都会隐藏之前的挂载。卸载后，挂载点下上次的挂载就会显现。

c.绑定挂载：

绑定挂载有些类似于硬链接，就是将两个目录或文件绑定起来，在一个目录下的修改，在其绑定的目录下同样可见。可以跨越多个文件系统挂载点。绑定挂载也分递归和非递归，具体见P226

10.虚拟内存文件系统

LInux同样支持驻留于内存的文件系统，一般mount在/tmp目录下，如果没有，可以利用mount命令或者mount系统调用来挂载。

mount -t tmpfs newtmp /tmp

挂机或者系统崩溃，该目录下的所有数据将丢失。

14.获得与文件系统有关的信息

#include<sys/statvfs.h>
int statvfs(const char *pathname, struct statvfs *statvfsbuf)
int fstatvfs(int fd, strcut statvfs *statvfsbuf);
P228