嵌入式Linux:文件共享
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· 2024-04-11
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在Linux中，文件共享是指多个进程可以同时访问和操作同一个文件。
文件共享在多进程或多线程编程环境中具有重要意义，特别是在以下方面：
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多线程操作大文件： 文件共享可用于实现多个线程同时操作同一个大文件的场景。通过创建多个不同的文件描述符，各线程可以并行地读取或写入文件，从而减少文件读写时间，提升整体效率。
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提高并发性： 文件共享提供了一种机制，使得多个进程或线程能够并发地访问同一个文件。这对于需要频繁访问文件的应用程序而言，能够充分利用系统资源，提高并发性和响应速度。
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文件描述符复制： 通过多次调用open函数或使用dup()、dup2()函数，可以制造出多个不同的文件描述符，这些描述符指向同一个文件。这为多个并发操作提供了独立的文件访问通道，确保彼此之间不会干扰。
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协同操作： 文件共享还涉及文件锁定等机制，确保在并发访问时对文件的操作是协同进行的。这有助于避免数据不一致性和冲突，提高程序的稳定性。
下面分享常见的三种文件共享方式。
1
同一个进程中多次调用 open 函数打开同一个文件
在同一个进程中多次调用 open 函数打开同一个文件会得到多个不同的文件描述符（File Descriptor，简称FD）。每次调用 open 都会返回一个新的文件描述符，这些描述符可以独立地用于对文件的读取、写入等操作。
各数据结构之间的关系如下图所示：
下面是一个简单的例子，演示了在同一个进程中多次调用 open 打开同一个文件：
int main(void) {// 打开同一个文件，获取文件描述符int fd1 = open("example.txt", O_RDONLY);int fd2 = open("example.txt", O_RDONLY);
if (fd1 == -1 || fd2 == -1) {perror("Error opening file");return 1;}
// 读取文件内容char buffer1[100];char buffer2[100];
ssize_t bytesRead1 = read(fd1, buffer1, sizeof(buffer1));ssize_t bytesRead2 = read(fd2, buffer2, sizeof(buffer2));
// 输出读取的内容printf("Content read from fd1: %.*s\n", (int)bytesRead1, buffer1);printf("Content read from fd2: %.*s\n", (int)bytesRead2, buffer2);
// 关闭文件描述符close(fd1);close(fd2);
return 0;}
在这个例子中，程序打开同一个文件 "example.txt" 两次，分别获得了两个文件描述符 fd1 和 fd2。这两个文件描述符可以独立地进行文件读取操作。需要注意的是，这种情况下读取的文件内容是一样的，因为它们指向同一个文件的同一位置。
2
不同进程中分别使用 open 函数打开同一个文件
在Linux系统中，不同进程可以使用open函数打开同一个文件。当多个进程打开同一个文件时，每个进程会得到一个文件描述符（file descriptor），这个文件描述符是一个唯一的整数，用于标识该文件在该进程中的打开实例。
各数据结构之间的关系如下图所示：
以下是一个简单的例子，演示了两个不同的进程分别使用open函数打开同一个文件：
int main() {// 文件路径const char *file_path = "example.txt";
// 在第一个进程中打开文件int fd1 = open(file_path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);if (fd1 == -1) {perror("Error opening file in process 1");exit(EXIT_FAILURE);}
// 写入内容到文件const char *content1 = "Hello from process 1\n";write(fd1, content1, strlen(content1));
// 关闭文件描述符close(fd1);
// 在第二个进程中打开文件int fd2 = open(file_path, O_WRONLY | O_APPEND);if (fd2 == -1) {perror("Error opening file in process 2");exit(EXIT_FAILURE);}
// 写入内容到文件const char *content2 = "Hello from process 2\n";write(fd2, content2, strlen(content2));
// 关闭文件描述符close(fd2);
return 0;}
在这个例子中，两个进程分别使用open函数打开同一个文件 example.txt。第一个进程以写入模式打开文件，写入一些内容，然后关闭文件。第二个进程以追加模式打开文件，写入一些内容，然后关闭文件。由于文件描述符是每个进程私有的，它们可以独立地访问和操作同一个文件，不会相互干扰。
3
同一个进程中通过 dup（dup2）函数对文件描述符进行复制
在同一个进程中，可以使用dup函数或dup2函数来复制文件描述符。这样，进程内的两个文件描述符将指向同一个打开的文件，允许对同一文件进行独立的读写操作。
各数据结构之间的关系如下图所示：
下面是一个简单的例子：
int main() {// 文件路径const char *file_path = "example.txt";
// 打开文件int fd1 = open(file_path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);if (fd1 == -1) {perror("Error opening file");exit(EXIT_FAILURE);}
// 写入内容到文件const char *content = "Hello from process\n";write(fd1, content, strlen(content));
// 复制文件描述符int fd2 = dup(fd1);if (fd2 == -1) {perror("Error duplicating file descriptor");close(fd1);exit(EXIT_FAILURE);}
// 使用原始文件描述符写入内容const char *content1 = "Original file descriptor\n";write(fd1, content1, strlen(content1));
// 使用复制的文件描述符写入内容const char *content2 = "Duplicated file descriptor\n";write(fd2, content2, strlen(content2));
// 关闭文件描述符close(fd1);close(fd2);
return 0;}
在这个例子中，程序先打开一个文件，然后使用dup函数复制文件描述符。这样，fd1和fd2都指向同一个文件。接着，程序使用原始文件描述符 fd1 写入一些内容，再使用复制的文件描述符 fd2 写入另一些内容。由于它们指向同一个文件，两次写入的内容都会出现在文件中。
需要注意的是，dup函数会返回一个新的文件描述符，该描述符是当前可用文件描述符中的最小数值。而dup2函数则允许指定新的文件描述符的值，如果指定的文件描述符已经被占用，dup2会先关闭该描述符，然后将其重定向到指定的文件。
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