Unix系统支持不同进程可以通过dup函数共享打开文件。内核通过三中数据结构的映射关系标识打开文件。
2.1、内核数据结构
结构如下:
- 每一个进程在进程表中都有一个记录项，每个记录项包含文件描述符与对应的文件指针。
- 每个指针指向内核为打开文件维护的文件表项，每个文件表项包含文件状态(读，写，同步…)，当前文件偏移量，V节点指针。
- 每一个V节点包含文件类型，以及对该文件操作的文件指针。并且包含一个i节点
- i节点包含当前问价长度，文件所有者，文件数据实际存储的磁盘位置指针等信息。
2.2、两个进程同时打开
两个进程同时打开一个文件，结构一样，只是各自进程的文件表项中的v指针指向同一个v节点。但是两个进程拥有自己独立的文件状态标志，以及当前文件偏移量。
如果进程A的fd1打开了文件file，同样，进程B的fd2打开文件file，打开文件的进程各自获取一个文件表项，指向同一个V节点，A、B进程各自拥有file的偏移量。
- 每次Write后，文件表项中的文件偏移量增加写入字节数。如果文件偏移量超过了文件大小，i节点当前长度设置为当前偏移量。
- 如果使用用O_APPEND标志打开一个文件，文件的偏移量会被设置到i节点的文件长度。是追加的数据写到文件尾部。
- Lseek函数只修改文件表项项中的文件偏移量。不进行任何I/O操作。
以上操作对于两个进程打开同一个文件进行读取可以正常进行。每个进程拥有自己的文件表项，拥有自己的偏移量。如果多个进程同时进行写可能就会产生不确定性的问题了。
2.3、原子操作
- 例子1：早期的Unix并未提供O_APPEND标识。
1 | lseek(); |
对于以上的两个函数操作，单进程没有问题，如果多进程，同时指向以上操作。
假设A、B两个进程同时对文件file进行追写。没有使用O_APPEND标志。A与B各自的文件表项共享V节点，A先调用lseek设置偏移量，做写操作。内核切换进程，B调用lseek，然后进行写。此时，B很有可能将A写的数据覆盖掉。
任何多余一个函数的操作，都不是原子操作。在两个函数执行之间，进程有可能被挂起。也就是A的lseek()刚刚执行完，还没有写就被挂起。此时，另一个进程B调用lseek,并开始写，结束后，系统切换进程，恢复A之前的进程操作，开始写。此时就有可能把刚刚进程B写的数据覆盖。
UNIX系统为这种操作提供了一个原子。打开文件的时候设置O_APPEND，内核每次写之前都会将当前文件的偏移量设置到尾部。于是，每次写之前，A、B都不需要额外调用lseek()。
例子2：创建文件。
open函数的O_CREAT和O_EXCL其实就是一个原子操作。创建文件前，检测文件是否存在，不存在，创建，存在open失败。将检测文件和创建文件两个动作作为一个原子操作。如果没有这种原子操作就可能会出现问题。
假设A进程检查一个文件file不存在，然后准备执行创建文件，这个时候被挂起。然后进程B执行，创建了一个文件file，并且写入一些数据，进程切换，恢复A。A创建文件，覆盖之前写入file的数据。
将检查文件与创建文件合成一个原子操作，就不会出现以下问题。
总结：原子操作就是多步组成的操作，要么全部执行，要么都不执行，不可能执行一个子集。÷