linux文件面试知识

1、文件存储结构

Linux正统的文件系统(如ext2、ext3)中，一个文件由目录项、inode和数据块组成。

目录项:包括文件名和inode节点号。

inode：又称文件索引节点，是文件基本信息的存放地和数据块指针存放地。

其中文件基本信息包括：文件的长度、文件在磁盘上的存放的位置、文件创建、修改的日期和它的访问权限等信息。

数据块：文件的具体内容存放地。

Linux正统的文件系统(如ext2、3等)中，硬盘分区时会划分出目录块、inode Table区块和data block数据区域。一个文件由一个目录项、inode和数据区域块组成。inode包含文件的属性(如读写属性、owner等，以及指向数据块的指针)，数据区域块则是文件内容。当查看某个文件时，会先从inode table中查出文件属性及数据存放点，再从数据块中读取数据。

其中目录项的结构如下(每个文件的目录项存储在该文件所属目录的文件内容里)：

其中文件的inode结构如下（inode里所包含的文件信息可以通过stat filename查看得到）：

以上只反映大体的结构，linux文件系统本身在不断发展。但是以上概念基本是不变的。且如ext2、ext3、ext4文件系统也存在很大差别，如果要了解可以查看专门的文件系统介绍。

2、软连接和硬链接

l 硬连接：是给文件一个副本，同时建立两者之间的连接关系。修改其中一个，与其连接的文件同时被修改。如果删除其中任意一个其余的文件将不受影响。

l 软连接: 也叫符号连接,他只是对源文件在新的位置建立一个“快捷（借用一下windows常用词）”，所以，当源文件删除时，符号连接的文件将成为无源之水->仅仅剩下个文件名了，当然删除这个连接，也不会影响到源文件，但对连接文件的使用、引用都是直接调用源文件的。

从图上可以看出硬链接和软链接的区别：

注：我觉得源文件应该是hello.c

硬链接原文件和新文件的inode编号一致。而软链接不一样。
对原文件删除，会导致软链接不可用，而硬链接不受影响。(可能是因为删除一个文件只是删除了这个文件的目录项，它的inode和数据块依然存在)
对原文件的修改，软、硬链接文件内容也一样的修改，因为都是指向同一个文件内容的。

3、文件描述符和打开文件之间的关系：

每一个文件描述符会与一个打开文件相对应，同时，不同的文件描述符也会指向同一个文件。相同的文件可以被不同的进程打开也可以在同一个进程中被多次打开。系统为每一个进程维护了一个文件描述符表，该表的值都是从0开始的，所以在不同的进程中你会看到相同的文件描述符，这种情况下相同文件描述符有可能指向同一个文件，也有可能指向不同的文件。具体情况要具体分析，要理解具体其概况如何，需要查看由内核维护的3个数据结构。

1. 进程级的文件描述符表

2. 系统级的打开文件描述符表

3. 文件系统的i-node表

进程级的描述符表的每一条目记录了单个文件描述符的相关信息。

1. 控制文件描述符操作的一组标志。（目前，此类标志仅定义了一个，即close-on-exec标志）

2. 对打开文件句柄的引用

内核对所有打开的文件维护有一个系统级的描述符表格（open file description table）。有时，也称之为打开文件表（open file table），并将表格中各条目称为打开文件句柄（open file handle）。一个打开文件句柄存储了与一个打开文件相关的全部信息，如下所示：

1. 当前文件偏移量（调用read()和write()时更新，或使用lseek()直接修改）

2. 打开文件时所使用的状态标识（即，open()的flags参数）

3. 文件访问模式（如调用open()时所设置的只读模式、只写模式或读写模式）

4. 与信号驱动相关的设置

5. 对该文件i-node对象的引用

6. 文件类型（例如：常规文件、套接字或FIFO）和访问权限

7. 一个指针，指向该文件所持有的锁列表

8. 文件的各种属性，包括文件大小以及与不同类型操作相关的时间戳

下图展示了文件描述符、打开的文件句柄以及i-node之间的关系，图中，两个进程拥有诸多打开的文件描述符。

在进程A中，文件描述符1和30都指向了同一个打开的文件句柄（标号23）。这可能是通过调用dup()、dup2()、fcntl()或者对同一个文件多次调用了open()函数而形成的。

进程A的文件描述符2和进程B的文件描述符2都指向了同一个打开的文件句柄（标号73）。这种情形可能是在调用fork()后出现的（即，进程A、B是父子进程关系），或者当某进程通过UNIX域套接字将一个打开的文件描述符传递给另一个进程时，也会发生。再者是不同的进程独自去调用open函数打开了同一个文件，此时进程内部的描述符正好分配到与其他进程打开该文件的描述符一样。

此外，进程A的描述符0和进程B的描述符3分别指向不同的打开文件句柄，但这些句柄均指向i-node表的相同条目（1976），换言之，指向同一个文件。发生这种情况是因为每个进程各自对同一个文件发起了open()调用。同一个进程两次打开同一个文件，也会发生类似情况。

总结

由于进程级文件描述符表的存在，不同的进程中会出现相同的文件描述符，它们可能指向同一个文件，也可能指向不同的文件。
两个不同的文件描述符，若指向同一个打开文件句柄，将共享同一文件偏移量。因此，如果通过其中一个文件描述符来修改文件偏移量（由调用read()、write()或lseek()所致），那么从另一个描述符中也会观察到变化，无论这两个文件描述符是否属于不同进程，还是同一个进程，情况都是如此。
要获取和修改打开的文件标志（例如：O_APPEND、O_NONBLOCK和O_ASYNC），可执行fcntl()的F_GETFL和F_SETFL操作，其对作用域的约束与上一条颇为类似。
文件描述符标志（即，close-on-exec）为进程和文件描述符所私有。对这一标志的修改将不会影响同一进程或不同进程中的其他文件描述符。

4、文件描述符和FILE指针

操作系统为每个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。当进程打开一个文件时，系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表，并把该表的索引值返回给调用者。也就是说，文件描述符表中存储的一个个的指针，该指针指向对应的描述该文件的结构体，而系统返回给我的文件描述符实际上标识了该指针在文件描述符表中的位置，也就是索引。

而FILE结构体，是为了是用户更方方便、高效地操作文件而定义的结果题，它主要包含两部分，一个就是文件描述符，另一个就是buffer缓冲区，有了这个缓冲区，就可以一次写入一个序列，而不是一个字节一个字节去写了，这样可以提高效率。