Warum müssen wir auf Unix-Systemen Dateien explizit öffnen () und schließen (), um sie lesen () oder schreiben () zu können?

Warum existieren open()und close()existieren sie im Unix-Dateisystemdesign?

Konnte das Betriebssystem nicht einfach das erste Mal erkennen read()oder write()wurde es angerufen und tat, was open()normalerweise tun würde?

Dennis Ritchie erwähnt in «Der Entwicklung des Unix Time-Sharing - Systems» , dass openund closezusammen mit read, writeund creatwar in dem System von Anfang an .

Ich denke, ein System ohne openund closewäre nicht undenkbar, aber ich glaube, es würde das Design verkomplizieren. In der Regel möchten Sie mehrere Lese- und Schreibaufrufe durchführen, nicht nur einen. Dies gilt wahrscheinlich insbesondere für alte Computer mit sehr begrenztem Arbeitsspeicher, auf denen UNIX ausgeführt wurde. Ein Handle, das Ihre aktuelle Dateiposition beibehält, vereinfacht dies. Wenn readoderwriteWenn sie das Handle zurückgeben würden, müssten sie ein Paar zurückgeben - ein Handle und ihren eigenen Rückgabestatus. Der Handle-Teil des Paares wäre für alle anderen Anrufe unbrauchbar, was diese Anordnung umständlich machen würde. Indem Sie den Status des Cursors dem Kernel überlassen, können Sie die Effizienz nicht nur durch Puffern verbessern. Die Suche nach Pfaden ist auch mit Kosten verbunden. Wenn Sie ein Handle haben, können Sie es nur einmal bezahlen. Außerdem haben einige Dateien in der UNIX-Weltansicht nicht einmal einen Dateisystempfad (oder nicht - jetzt tun sie das mit Dingen wie /proc/self/fd).

Dann müssten alle Aufrufe von readund writediese Informationen bei jeder Operation weitergeben:

• der Name der Datei
• die Berechtigungen der Datei
• ob der Anrufer anhängt oder erstellt
• ob der Aufrufer mit der Arbeit an der Datei fertig ist (um nicht verwendete Lesepuffer zu verwerfen und sicherzustellen, dass die Schreibpuffer wirklich fertig sind)

Egal , ob Sie die unabhängigen betrachten Anrufe open , read, writeund closeseine einfacher als eine Single-Purpose I / O - Nachricht auf Ihrer Design - Philosophie basiert. Die Unix-Entwickler entschieden sich für einfache Operationen und Programme, die auf viele Arten kombiniert werden können, anstatt für eine einzige Operation (oder ein einzelnes Programm), die alles erledigt.

Das Konzept der Dateizugriffsnummer ist wichtig, da UNIX als Entwurfsoption festlegt, dass "alles eine Datei ist", auch Dinge, die nicht Teil des Dateisystems sind. B. Bandlaufwerke, Tastatur und Bildschirm (oder Teletyp!), Lochkarten- / Bandleser, serielle Verbindungen, Netzwerkverbindungen und (die wichtigste UNIX-Erfindung) direkte Verbindungen zu anderen Programmen, die als "Pipes" bezeichnet werden.

Wenn Sie sich viele der einfachen Standard-UNIX-Dienstprogramme ansehen grep, insbesondere die Originalversionen, werden Sie feststellen, dass sie keine Aufrufe von open()und, close()sondern nur readund enthalten write. Die Dateihandles werden außerhalb des Programms von der Shell eingerichtet und beim Start übergeben. Das Programm muss sich also nicht darum kümmern, ob es in eine Datei oder in ein anderes Programm schreibt.

Neben opensind die anderen Möglichkeiten Filedeskriptoren zu bekommen socket, listen, pipe, dup, und ein sehr Heath Robinson Mechanismus für Dateideskriptoren über Rohre zu senden: https://stackoverflow.com/questions/28003921/sending-file-descriptor-by-linux -Steckdose

Bearbeiten: Einige Vorlesungsnotizen, in denen die Indirektionsebenen beschrieben werden und wie O_APPEND auf diese Weise sinnvoll funktioniert. Beachten Sie, dass durch das Speichern der Inode-Daten gewährleistet ist, dass das System sie für den nächsten Schreibvorgang nicht erneut abrufen muss.

Die Antwort lautet nein, da open () und close () jeweils ein Handle erstellen und zerstören. In bestimmten Situationen möchten Sie möglicherweise sicherstellen, dass Sie der einzige Anrufer mit einer bestimmten Zugriffsebene sind, da beispielsweise ein anderer Anrufer, der in eine Datei schreibt, die Sie gerade analysieren, diese möglicherweise unerwartet verlassen könnte eine Bewerbung in einem unbekannten Zustand oder führen zu einem Livelock oder Deadlock, zB dem Dining Philosophers Lemma.

Auch ohne diese Überlegung sind Auswirkungen auf die Leistung zu berücksichtigen. close () ermöglicht es dem Dateisystem, den von Ihnen belegten Puffer zu leeren (wenn es angemessen ist oder wenn Sie es angefordert haben), eine teure Operation. Mehrere aufeinanderfolgende Änderungen an einem In-Memory-Stream sind weitaus effizienter als mehrere im Wesentlichen unabhängige Lese-, Schreib- und Änderungszyklen in einem Dateisystem, das, wie Sie wissen, eine halbe Welt entfernt über ein Datencenter mit einem Massenspeicher mit hoher Latenz liegt. Selbst bei lokalem Speicher ist der Speicher in der Regel um viele Größenordnungen schneller als der Massenspeicher.

Open () bietet eine Möglichkeit, Dateien zu sperren, während sie verwendet werden. Wenn Dateien vom Betriebssystem automatisch geöffnet, gelesen / geschrieben und dann wieder geschlossen würden, ließe sich nichts daran ändern, dass andere Anwendungen diese Dateien zwischen den Vorgängen ändern.

Dies kann zwar verwaltbar sein (viele Systeme unterstützen den nicht exklusiven Dateizugriff), die meisten Anwendungen gehen jedoch davon aus, dass sich die geöffneten Dateien nicht ändern.

Da sich der Pfad der Datei möglicherweise verschiebt, obwohl davon ausgegangen wird, dass er gleich bleibt.

Das Lesen und Schreiben in ein Dateisystem kann eine Vielzahl von Pufferschemata, die Verwaltung des Betriebssystems, die Datenträgerverwaltung auf niedriger Ebene und eine Vielzahl anderer potenzieller Aktionen umfassen. Die Aktionen von open()und close()dienen als Vorbereitung für diese Art von Aktivitäten unter der Haube. Verschiedene Implementierungen eines Dateisystems können nach Bedarf stark angepasst werden und bleiben für das aufrufende Programm dennoch transparent.

Wenn das Betriebssystem nicht geöffnet / geschlossen hätte, dann müssten diese Dateiaktionen mit readoder writejedes Mal Initialisierungen, Pufferlöschung / -verwaltung usw. durchführen. Das ist ein großer Aufwand für sich wiederholende Lese- und Schreibvorgänge.

Das Unix-Mantra ist "Biete eine Möglichkeit, Dinge zu tun", was "Zerlegen" in (wiederverwendbare) Teile bedeutet, die nach Belieben kombiniert werden können. In diesem Fall trennen Sie die Erstellung und Zerstörung von Dateihandles von ihrer Verwendung. Wichtige Vorteile kamen später mit Pipes und Netzwerkverbindungen (sie werden auch über Datei-Handles bearbeitet, aber sie werden auf andere Weise erstellt). Nur so ist es möglich, Dateihandles zu versenden (z. B. an untergeordnete Prozesse als "offene Dateien" weiterzugeben exec(2), die überleben , und sogar an nicht verwandte Prozesse über eine Pipe). Insbesondere, wenn Sie einen kontrollierten Zugriff auf eine geschützte Datei anbieten möchten. So können Sie zB öffnen/etc/passwd Übergeben Sie dies zum Schreiben an einen untergeordneten Prozess, der diese Datei nicht zum Schreiben öffnen darf. (Ja, ich weiß, dies ist ein lächerliches Beispiel. Sie können es gerne mit etwas Realistischerem bearbeiten.)