Linux－－Linux文件系統的桌面應用在線閱讀

　本文中要介紹一個所謂的'Linux 文件系統的守護神'，這是指一個能實時地觀察 Linux 文件系統的變化情況的程序模塊。能夠實時的觀察文件系統的變化情況，並做出及時的適當的反應，這對於應用 Linux 做桌面計算機系統來說，是十分的有趣，也是十分的重要的。本文還要介紹 Linux 文件系統的異步 I/O 的擴展。同樣，這對於 Linux 系統的桌面應用也是關鍵的。
　　1 Linux 文件系統的守護神
　　傳統的 Linux 文件系統呈現給用戶程序的界面，確實是十分的干淨利落。用戶程序可以打開一個文件，向文件中線性的寫入數據，從文件的某一位置開始，線性的讀出數據，關閉一個文件，刪除一個文件，創建一個文件，等等。請看，只有這麼若干個簡潔的操作原語，可是卻能提供這麼多豐富的應用。但是，我們注意到，用於訪問 Linux 的文件系統的這些操作原語，並沒有提供非常復雜的加鎖解鎖的功能。這是一件很奇妙的事情，如果來自不同的用戶程序的請求發生了沖突怎麼辦呢？
　　我們不妨走的再靠近一點，仔細的看看刪除一個文件是怎樣進行的。如果已經有一個用戶程序在訪問一個文件，而另外一個用戶程序正好要刪除這一個文件，這時會發生些什麼呢？我們知道，Linux 的文件系統是基於所謂的 inode 的，每個文件都相伴有一個 inode。在 inode 中記錄了關於這個文件的一些系統信息，比如文件的所有者，文件相關的一些權限記錄，關於文件的若干個時間戳，等等。在內存中的 inode 還維持著一個關於自己的使用計數。每當一個 inode 所代表的文件被打開一次，這個 inode 就把關於自己的使用計數加一。每當這個 inode 所代表的文件一被關閉，這個 inode 就把關於自己的使用計數減一。當用戶程序刪除一個文件的時候，相關的系統調用很快就返回到這個用戶程序，告訴它，相應的文件已經被刪除了。但是相應的 inode 還是保留在系統中，inode 首先要檢查自己的使用計數，如果使用計數為零，那麼 Linux Kernel 才可以真正的去刪除這個文件。如果使用計數大於零，也就是說，還有其它的用戶程序在訪問這一個文件，那麼 Linux Kernel 需要等待這些其他的用戶程序一個個都完成對這一個文件的訪問才行。也就是說，要等到這個 inode 的使用計數掉到零，才能真正的去刪除這一個文件。
　　我們可以設想一下，如果有一個 MP3 播放程序在播放一首 MP3 音樂，我們覺得它不好聽，就到硬盤上找到這個文件，把它 rm 掉了。這時候，MP3 播放程序並不受到影響，還是可以繼續播放這首 MP3 音樂，雖然這時候在文件系統上用 ls 已經找不到這個 MP3 音樂文件了。實際上，一直要到 MP3 播放程序停止播放這首 MP3 音樂，然後 Linux 文件系統才真正的從硬盤上刪除這個 MP3 文件。這個經驗和我們在 Windows 平台上遇到的截然不同。
　　在 Windows 平台上，當我們試圖在文件夾窗口中用鼠標點擊右鍵菜單刪除 Winamp 正在播放的一首 MP3 音樂的時候，Windows 系統會用一個彈出對話框告訴我們，這個文件正在被使用，沒辦法刪除。Windows 系統的關於刪除文件的這樣一個解釋，如果使用不當的話，會帶來一個滑稽可笑的問題。我們可以設想一下，用戶的一個 P2P 的文件共享程序提供了一個 MP3 文件以供別人下載，恰巧這個 MP3 音樂文件十分的熱門，不斷的有人來下載，這個用戶最終決定要節省一下帶寬，想要把這個 MP3 音樂文件刪除掉，但是 Windows 系統卻不允許用戶這樣做，因為這個 P2P 的文件共享程序總是在使用這個 MP3 文件。用戶要想刪除這個文件，不得不先把 P2P 的文件共享程序給停下來！呵呵。
　　但是 Linux 的文件系統的操作原語也有它自己的問題。我們知道，在一個 Linux Shell 的命令行上，先 rm，然後再 ls，非常的干淨，被 rm 的文件沒有了，被刪除了。但是我們可以設想有一個圖形界面的文件管理程序，當用戶從 Shell 的命令行上 rm 掉一個文件的時候，這個圖形界面的文件管理程序並沒有收到任何人發給它的任何消息，它還以為什麼都沒有發生，被刪除掉的文件還在那兒。這實在是很 U.G.L.Y. 啊。
　　那麼要想解決這個問題，一個明顯的但是非常不好的辦法，就是讓一個後台進程 Daemon 每隔一個很短的時間間隔，就檢查一下文件系統上這個目錄的情況，看看有沒有發生什麼變化。這個辦法的缺點真的是顯而易見的，不但系統的性能受到影響，而且它的反應也還不是實時的。
　　如果我們需要用戶程序能夠實時地了解文件系統上某一個目錄的變化情況，從實時這個角度出發，顯然，我們需要有一個中斷機制。我們都知道，硬件中斷能夠實時地把系統某一個部件的情況反映給中央處理器，同樣的，要想把位於系統內核中的文件系統的情況實時地反映給用戶程序，我們也需要一個由操作系統內核到達用戶進程的軟件中斷機制。熟悉 Linux 系統編程的讀者朋友們立即就會想到，這個中斷機制在 Linux 系統中早已就有了，這就是信號傳遞 signal。
　　找到了信號傳遞這樣一個中斷用戶進程的機制，一切似乎都已齊備，看來可以動手實現這樣一個 Linux 文件系統的守護神，來實時地監視文件系統的變化情況，並且及時地把消息通知給用戶程序了。不過且慢，讓我們搜索一下 Linux Kernel，看看是否有別人也在做同樣的工作。哈哈，果不其然，原來這樣一個實時地監視文件系統情況的機制早已在 Linux 內核中實現了。下面一段就是取自 Linux Kernel 文檔的一段小小例程，說明了 Linux Kernel 中的 dnotify 功能的用法。dnotify 就是指 directory notification，監視文件系統上一個目錄中的情況。
#define _GNU_SOURCE /* needed to get the defines */
#include /* in glibc 2.2 this has the needed
　　　　　　values defined */
#include
#include
#include

static volatile int event_fd；
// 信號處理例程
static void handler(int sig, siginfo_t *si, void *data)
{
　　　　event_fd = si->si_fd；
}
　　
int main(void)
{
　　　　struct sigaction act；
　　　　int fd；

　　　　// 登記信號處理例程
　　　　act.sa_sigaction = handler；
　　　　sigemptyset(&act.sa_mask)；
　　　　act.sa_flags = SA_SIGINFO；
　　　　sigaction(SIGRTMIN, &act, NULL)；

　　　　// 需要了解當前目錄'.'的情況
　　　　fd = open('.', O_RDONLY)；
　　　　fcntl(fd, F_SETSIG, SIGRTMIN)；
　　　　fcntl(fd, F_NOTIFY, DN_MODIFY|DN_CREATE|DN_MULTISHOT)；
　　　　/* we will now be notified if any of the files
　　　　in '.' is modified or new files are