文件系统

文件索引节点：inode

两部分 纯数据区

  • 文件真正的数据存储区、基本存储单位为block

元数据区

  • 文件属性：磁盘中的存储位置、文件长度等信息
  • 时间戳：创建时间、修改时间
  • 读写权限：使用read/write系统调用时，要首先要进行权限检
  • 所属组、所有者
  • 链接数

挂载

​ 挂载是一个非常重要的功能，使用非常频繁。它指将一个设备(通常是存储设备，可以挂载光盘、硬盘、磁带、光盘镜像文件等)挂接到一个已存在的目录上，那么，你访问这个目录就是访问这个设备（这个目录可以不为空，但挂载后这个目录下以前的内容将不可用） ，一个目录一旦成为"挂载点"，该目录下看到的内容，来自"被挂载的文件系统"， 与父目录的存储介质完全无关。

挂载需要有 挂载源（设备） 和 挂载点（目录）

/var             → /dev/mtdblock5  (JFFS2 flash)
/var/run         → tmpfs           (RAM)
/var/run/hdd0    → /dev/sda2       (HDD / ext2)

进程间通信

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  • 通过文件

  • 通过内核

  • 共享内存

匿名管道

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匿名管道是一种只用于亲缘关系进程间、基于内核缓冲、半双工、顺序可靠的字节流通信方式，读写都会阻塞，必须注意正确关闭读写端才能避免死锁。

匿名管道的基本用法

  1. 创建匿名管道
int pipe_fd[2];
pipe(pipe_fd);   // pipe_fd[0] = 读端, pipe_fd[1] = 写端
  1. fork 之后由父子进程各关闭不需要的端口
  • 写数据的进程：关闭读端
  • 读数据的进程：关闭写端

否则 read/write 行为会受到影响（例如 EOF 不会出现）

  1. 父子通过 read / write 进行通信
  • write(pipefd[1], buf, n)
  • read(pipefd[0], buf, n)

匿名管道的阻塞行为（重点）

Write 可能阻塞的情况：

  • 管道缓冲区已满时，write 阻塞，只有当读进程读走数据后，write 才能继续

Read 可能阻塞的情况：

  • 管道缓冲区为空 → read 阻塞，直到写进程写入更多数据
  • 如果写端全部关闭 → read 返回 0（代表 EOF）

匿名管道的注意事项

  1. 必须正确关闭端口，否则会出现以下情况：
    1. 读端不关闭写端 ⇢ 读不到 EOF，一直阻塞
    2. 写端不关闭读端 ⇢ 异常行为，甚至 SIGPIPE
  2. 管道大小有限 ,一般为64KB
  3. 匿名管道不能用于非亲缘进程
  4. 多个写端写入时是原子化的？
    1. 小于 PIPE_BUF（通常 4096 字节）的写入是原子的
    2. 大写可能导致数据交错
  5. 管道是流式无格式通信，没有消息边界，需要自己定义协议格式（分包、长度）

问：如果读端进程已经关闭（close(pipefd[0])），写进程继续 write 会发生什么？

答 write 失败，收到 SIGPIPE

因为匿名管道有一个特殊规则：

  • 规则：当所有读端被关闭时：
    • write 不再阻塞
    • write 立即返回错误：EPIPE
    • 并向进程发送 SIGPIPE 信号
      • → 如果进程没有处理该信号，会被终止！
    • 这就是“Broken Pipe”错误的来源。

写端写管道时，如果所有读端都关闭，write 不会阻塞，而是立即失败，并收到 SIGPIPE。

例如：

每个进程各关闭一端，我们强制建立了一个明确的单向通信流：子进程 -> 父进程。

  • 对于读者（父进程）： 只有当所有指向管道写端的文件描述符都被关闭时，读者在读取管道时才会接收到 EOF（文件结束符）。如果父进程不关闭自己的 fds[1]，那么即使子进程退出了（关闭了它的 fds[1]），管道的写端依然被父进程自己持有着。这样，父进程在读取 fds[0] 时永远不会拿到 EOF，可能会导致程序死锁，一直在等待永远不会到来的数据。
  • 对于写者（子进程）： 如果读者（父进程）关闭了读端，子进程再尝试写入数据时，操作系统会向子进程发送 SIGPIPE 信号，表明管道已断开。

命名管道 FIFO

与匿名管道不同，有文件名，FIFO最大的特性就是每个FIFO都有一个路径名与之相关联，从而允许无亲缘关系的任意两个进程间通过FIFO进行通信。

int mkfifo(const char * pathname,mode_t mode);

特点

  1. 使用方式像文件，但不能 seek，你可以通过：
  • open()
  • read()
  • write()
  • close()
  • 但不能lseek,因为 FIFO 是流式文件，没有偏移量。
  1. 进入 FIFO 的数据顺序，就是读出的顺序。
  2. 管道一样，FIFO仅提供半双工的数据通信

open 行为会阻塞

  1. 打开 FIFO 的读端，如果没有写端打开 → 阻塞
int fd = open("fifo", O_RDONLY);  // 没有写端

会阻塞，直到有进程打开写端为止。

  1. 打开 FIFO 的写端，如果没有读端打开 → 阻塞
int fd = open("fifo", O_WRONLY);  // 没有人读

也会阻塞，直到读端出现。

⚠️ 这是命名管道区别于匿名管道的重要特性！！！

匿名管道是在父子进程中自然同时存在读写端，而 FIFO 是“双方需要主动 open”，因此更容易阻塞。

PIPE 与 FIFO 的共同点

  1. 内核实现层面：本质是同一套机制
    • 内核维护的一块 环形缓冲区
    • 基于 page cache
    • 通过 等待队列 + 锁 实现同步与阻塞
  2. 都是“流式文件”（Stream）
    • 不支持 lseek
    • 只能顺序读 / 顺序写
  3. 都是 FIFO（先进先出）
    • 先写入的数据，先被读出
    • 没有消息边界（除非你自己定义协议）

共享内存

D-BUS

D-BUS**（Desktop Bus）是一种“消息总线式”的进程间通信（IPC）机制。**用于让不同进程互相通信

特点：

  • 多个进程共享一个**“软件总线”**
  • 广播消息
  • 点对点 ：A 进程直接发给 B 进程

System Bus（系统总线） +