Linux文件系統(tǒng)的桌面應(yīng)用

2020-10-28 18:53:54

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供稿：網(wǎng)友

本文中要介紹一個(gè)所謂的"Linux 文件系統(tǒng)的守護(hù)神"，這是指一個(gè)能實(shí)時(shí)地觀察 Linux 文件系統(tǒng)的變化情況的程序模塊。能夠?qū)崟r(shí)的觀察文件系統(tǒng)的變化情況，并做出及時(shí)的適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，這對(duì)于應(yīng)用 Linux 做桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，是十分的有趣，也是十分的重要的。本文還要介紹 Linux 文件系統(tǒng)的異步 I/O 的擴(kuò)展。同樣，這對(duì)于 Linux 系統(tǒng)的桌面應(yīng)用也是關(guān)鍵的。1、Linux 文件系統(tǒng)的守護(hù)神傳統(tǒng)的 Linux 文件系統(tǒng)呈現(xiàn)給用戶程序的界面，確實(shí)是十分的干凈利落。用戶程序可以打開一個(gè)文件，向文件中線性的寫入數(shù)據(jù)，從文件的某一位置開始，線性的讀出數(shù)據(jù)，關(guān)閉一個(gè)文件，刪除一個(gè)文件，創(chuàng)建一個(gè)文件，等等。請(qǐng)看，只有這么若干個(gè)簡潔的操作原語，可是卻能提供這么多豐富的應(yīng)用。但是，我們注意到，用于訪問 Linux 的文件系統(tǒng)的這些操作原語，并沒有提供非常復(fù)雜的加鎖解鎖的功能。這是一件很奇妙的事情，如果來自不同的用戶程序的請(qǐng)求發(fā)生了沖突怎么辦呢？我們不妨走的再靠近一點(diǎn)，仔細(xì)的看看刪除一個(gè)文件是怎樣進(jìn)行的。如果已經(jīng)有一個(gè)用戶程序在訪問一個(gè)文件，而另外一個(gè)用戶程序正好要?jiǎng)h除這一個(gè)文件，這時(shí)會(huì)發(fā)生些什么呢？我們知道，Linux 的文件系統(tǒng)是基于所謂的 inode 的，每個(gè)文件都相伴有一個(gè) inode。在 inode 中記錄了關(guān)于這個(gè)文件的一些系統(tǒng)信息，比如文件的所有者，文件相關(guān)的一些權(quán)限記錄，關(guān)于文件的若干個(gè)時(shí)間戳，等等。在內(nèi)存中的 inode 還維持著一個(gè)關(guān)于自己的使用計(jì)數(shù)。每當(dāng)一個(gè) inode 所代表的文件被打開一次，這個(gè) inode 就把關(guān)于自己的使用計(jì)數(shù)加一。每當(dāng)這個(gè) inode 所代表的文件一被關(guān)閉，這個(gè) inode 就把關(guān)于自己的使用計(jì)數(shù)減一。當(dāng)用戶程序刪除一個(gè)文件的時(shí)候，相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用很快就返回到這個(gè)用戶程序，告訴它，相應(yīng)的文件已經(jīng)被刪除了。但是相應(yīng)的 inode 還是保留在系統(tǒng)中，inode 首先要檢查自己的使用計(jì)數(shù)，如果使用計(jì)數(shù)為零，那么 Linux Kernel 才可以真正的去刪除這個(gè)文件。如果使用計(jì)數(shù)大于零，也就是說，還有其它的用戶程序在訪問這一個(gè)文件，那么 Linux Kernel 需要等待這些其他的用戶程序一個(gè)個(gè)都完成對(duì)這一個(gè)文件的訪問才行。也就是說，要等到這個(gè) inode 的使用計(jì)數(shù)掉到零，才能真正的去刪除這一個(gè)文件。我們可以設(shè)想一下，如果有一個(gè) MP3 播放程序在播放一首 MP3 音樂，我們覺得它不好聽，就到硬盤上找到這個(gè)文件，把它 rm 掉了。這時(shí)候，MP3 播放程序并不受到影響，還是可以繼續(xù)播放這首 MP3 音樂，雖然這時(shí)候在文件系統(tǒng)上用 ls 已經(jīng)找不到這個(gè) MP3 音樂文件了。實(shí)際上，一直要到 MP3 播放程序停止播放這首 MP3 音樂，然后 Linux 文件系統(tǒng)才真正的從硬盤上刪除這個(gè) MP3 文件。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)和我們?cè)?Windows 平臺(tái)上遇到的截然不同。在 Windows 平臺(tái)上，當(dāng)我們?cè)噲D在文件夾窗口中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊右鍵菜單刪除 Winamp 正在播放的一首 MP3 音樂的時(shí)候，Windows 系統(tǒng)會(huì)用一個(gè)彈出對(duì)話框告訴我們，這個(gè)文件正在被使用，沒辦法刪除。Windows 系統(tǒng)的關(guān)于刪除文件的這樣一個(gè)解釋，如果使用不當(dāng)?shù)脑挘瑫?huì)帶來一個(gè)滑稽可笑的問題。我們可以設(shè)想一下，用戶的一個(gè) P2P 的文件共享程序提供了一個(gè) MP3 文件以供別人下載，恰巧這個(gè) MP3 音樂文件十分的熱門，不斷的有人來下載，這個(gè)用戶最終決定要節(jié)省一下帶寬，想要把這個(gè) MP3 音樂文件刪除掉，但是 Windows 系統(tǒng)卻不允許用戶這樣做，因?yàn)檫@個(gè) P2P 的文件共享程序總是在使用這個(gè) MP3 文件。用戶要想刪除這個(gè)文件，不得不先把 P2P 的文件共享程序給停下來！呵呵。但是 Linux 的文件系統(tǒng)的操作原語也有它自己的問題。我們知道，在一個(gè) Linux Shell 的命令行上，先 rm，然后再 ls，非常的干凈，被 rm 的文件沒有了，被刪除了。但是我們可以設(shè)想有一個(gè)圖形界面的文件管理程序，當(dāng)用戶從 Shell 的命令行上 rm 掉一個(gè)文件的時(shí)候，這個(gè)圖形界面的文件管理程序并沒有收到任何人發(fā)給它的任何消息，它還以為什么都沒有發(fā)生，被刪除掉的文件還在那兒。這實(shí)在是很 U.G.L.Y. 啊。那么要想解決這個(gè)問題，一個(gè)明顯的但是非常不好的辦法，就是讓一個(gè)后臺(tái)進(jìn)程 Daemon 每隔一個(gè)很短的時(shí)間間隔，就檢查一下文件系統(tǒng)上這個(gè)目錄的情況，看看有沒有發(fā)生什么變化。這個(gè)辦法的缺點(diǎn)真的是顯而易見的，不但系統(tǒng)的性能受到影響，而且它的反應(yīng)也還不是實(shí)時(shí)的。如果我們需要用戶程序能夠?qū)崟r(shí)地了解文件系統(tǒng)上某一個(gè)目錄的變化情況，從實(shí)時(shí)這個(gè)角度出發(fā)，顯然，我們需要有一個(gè)中斷機(jī)制。我們都知道，硬件中斷能夠?qū)崟r(shí)地把系統(tǒng)某一個(gè)部件的情況反映給中央處理器，同樣的，要想把位于系統(tǒng)內(nèi)核中的文件系統(tǒng)的情況實(shí)時(shí)地反映給用戶程序，我們也需要一個(gè)由操作系統(tǒng)內(nèi)核到達(dá)用戶進(jìn)程的軟件中斷機(jī)制。熟悉 Linux 系統(tǒng)編程的讀者朋友們立即就會(huì)想到，這個(gè)中斷機(jī)制在 Linux 系統(tǒng)中早已就有了，這就是信號(hào)傳遞 signal。找到了信號(hào)傳遞這樣一個(gè)中斷用戶進(jìn)程的機(jī)制，一切似乎都已齊備，看來可以動(dòng)手實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè) Linux 文件系統(tǒng)的守護(hù)神，來實(shí)時(shí)地監(jiān)視文件系統(tǒng)的變化情況，并且及時(shí)地把消息通知給用戶程序了。不過且慢，讓我們搜索一下 Linux Kernel，看看是否有別人也在做同樣的工作。哈哈，果不其然，原來這樣一個(gè)實(shí)時(shí)地監(jiān)視文件系統(tǒng)情況的機(jī)制早已在 Linux 內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)了。下面一段就是取自 Linux Kernel 文檔的一段小小例程，說明了 Linux Kernel 中的 dnotify 功能的用法。dnotify 就是指 directory notification，監(jiān)視文件系統(tǒng)上一個(gè)目錄中的情況。#define _GNU_SOURCE     /* needed to get the defines */
#include <fcntl.h>      /* in glibc 2.2 this has the needed
values defined */
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

static volatile int event_fd；// 信號(hào)處理例程
static void handler(int sig, siginfo_t *si, void *data)
{
event_fd = si->si_fd；
}

int main(void)
{
struct sigaction act；
int fd；

// 登記信號(hào)處理例程
act.sa_sigaction = handler；
sigemptyset(&act.sa_mask)；
act.sa_flags = SA_SIGINFO；
sigaction(SIGRTMIN, &act, NULL)；

// 需要了解當(dāng)前目錄"."的情況
fd = open(".", O_RDONLY)；
fcntl(fd, F_SETSIG, SIGRTMIN)；
fcntl(fd, F_NOTIFY, DN_MODIFY|DN_CREATE|DN_MULTISHOT)；
/* we will now be notified if any of the files
in "." is modified or new files are created */
while (1) {
// 收到信號(hào)后，就會(huì)執(zhí)行信號(hào)處理例程。
// 而 pause() 也就結(jié)束了。
pause()；
printf("Got event on fd=%d/n", event_fd)；
}
}上面這一小段例程，對(duì)于熟悉 Linux 系統(tǒng)編程的讀者朋友們來說，是很容易理解的。程序首先注冊(cè)一個(gè)信號(hào)處理例程，然后通知 Kernel，我要觀察 fd 上的 DN_MODIFY 和 DN_CREATE 和 DN_MULTISHOT 事件。（關(guān)于這些事件的詳細(xì)定義，請(qǐng)讀者朋友們參閱文后所列的參考資料。） Linux Kernel 收到這個(gè)請(qǐng)求后，把相應(yīng)的 fd 的 inode 給做上記號(hào)，然后 Linux Kernel 和用戶應(yīng)用程序就自顧自去處理各自的別的事情去了。等到 inode 上發(fā)生了相應(yīng)的事件，Linux Kernel 就把信號(hào)發(fā)給用戶進(jìn)程，于是開始執(zhí)行信號(hào)處理例程，用戶程序?qū)ξ募到y(tǒng)上的變化也就可以及時(shí)的做出反應(yīng)了。而在這整個(gè)過程中，系統(tǒng)以及用戶程序的正常運(yùn)行基本上未受到性能上的影響。這里還需要說明的是，dnotify 并沒有通過增加新的系統(tǒng)調(diào)用來完成它的功能，而是通過 fcntl 來完成任務(wù)的。增加一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，相對(duì)來說是一個(gè)很大的手術(shù)，而且如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，處理得不好的話，傷疤會(huì)一直留在那里，這是 Linux Kernel 的開發(fā)者們所非常不愿意見到的事情。2、Linux 文件系統(tǒng)的異步 I/O 擴(kuò)展對(duì)于桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，能夠快速的響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，這也是十分關(guān)鍵的。換句話說，當(dāng)用戶移動(dòng)鼠標(biāo)的時(shí)候，不管系統(tǒng)正在進(jìn)行什么天大的、重要的、神圣的、不可打斷的工作，它都得立即停下，并且要讓鼠標(biāo)立即流暢的在計(jì)算機(jī)屏幕上完美地運(yùn)動(dòng)起來。對(duì)于習(xí)慣在傳統(tǒng)的 Linux 命令行上工作的讀者朋友們來說，讓鼠標(biāo)能夠在任何時(shí)間都可以在計(jì)算機(jī)屏幕上向無頭蒼蠅一樣地亂竄，竟然被當(dāng)成是最重要的系統(tǒng)任務(wù)，這實(shí)在有一點(diǎn)讓人難以接受。不過，當(dāng)你從 Linux 命令行上轉(zhuǎn)移到 GNOME 或者 KDE 這樣的圖形界面的用戶環(huán)境的時(shí)候，鼠標(biāo)被鎖死，百分之百的也是會(huì)讓你失去理智的。所以，還是讓我們接受這一個(gè)現(xiàn)實(shí)，看一看如何才能增加系統(tǒng)的響應(yīng)速度吧。從文件系統(tǒng)的角度講，特別是考慮到網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，它的響應(yīng)速度有可能會(huì)相當(dāng)?shù)穆．?dāng)用戶在文件管理程序中，選擇了對(duì)文件進(jìn)行某一個(gè)操作以后，文件系統(tǒng)可能會(huì)需要相當(dāng)長的時(shí)間，才能完成這一操作。如果文件管理程序必須要等待文件系統(tǒng)完成這一操作，然后才能繼續(xù)的話，這顯然會(huì)給文件管理程序的用戶帶來非常不愉快的經(jīng)歷。解決這一個(gè)問題的辦法，就是要實(shí)現(xiàn)異步的文件系統(tǒng) I/O。在 Linux 的 Gnome 桌面環(huán)境中，由 GnomeVFS 包裹了真正的 Linux 文件系統(tǒng) I/O，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)異步的文件系統(tǒng) I/O 接口 API。我們可以看到下面這個(gè)用 GnomeVFS 打開文件的例子。

enum _GnomeVFSOpenMode {
GNOME_VFS_OPEN_NONE = 0,
GNOME_VFS_OPEN_READ = 1 << 0,
GNOME_VFS_OPEN_WRITE = 1 << 1,
GNOME_VFS_OPEN_RANDOM = 1 << 2
}；typedef enum _GnomeVFSOpenMode GnomeVFSOpenMode；typedef void (* GnomeVFSAsyncOpenCallback)
(GnomeVFSAsyncHandle *handle,
GnomeVFSResult result,
gpointer callback_data)；GnomeVFSResult gnome_vfs_async_open
(GnomeVFSAsyncHandle **handle_return,
const gchar *text_uri,
GnomeVFSOpenMode open_mode,
GnomeVFSAsyncOpenCallback callback,
gpointer callback_data)；    我們注意到，上面的代碼段中，用戶程序?yàn)榱舜蜷_一個(gè)文件，向 GnomeVFS 注冊(cè)了一個(gè) call back 例程。在注冊(cè)了這一個(gè) call back 例程之后，函數(shù)調(diào)用就立即返回給用戶程序，用戶程序就可以處理自己的別的事情去了，比如進(jìn)一步響應(yīng)來自用戶的其??肭螅?鵲取６?蔽募?低懲瓿啥暈?zāi)?拇蚩?僮饕院螅主站蜘蛛池模板：汪清县| 隆子县| 囊谦县| 东港市| 云霄县| 兴宁市| 洛隆县| 房产| 昭苏县| 中宁县| 隆昌县| 安岳县| 德令哈市| 池州市| 万宁市| 长阳| 隆尧县| 亳州市| 武平县| 饶平县| 临夏市| 上思县| 洞头县| 正定县| 通辽市| 望城县| 南召县| 晋城| 孟州市| 大庆市| 禹州市| 巴林右旗| 习水县| 杭州市| 新兴县| 凤山市| 偏关县| 莱阳市| 安陆市| 连平县| 麻城市|

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Linux文件系統(tǒng)的桌面應(yīng)用