在低级别上，如何处理C文件I/O操作？

Question

在低级别上，如何处理C文件I/O操作？

coperating-system

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为了拓展题目，我想知道操作系统如何处理fwrite、fread、fopen和fclose等函数。

实际上，什么是流？

如果我表述不够清晰，请原谅。

顺便说一句，我正在使用GNU/Linux Ubuntu 11.04。

更好地解释一下我的问题。

我想知道文件如何被写入硬盘，如何被读入内存，并且后来如何创建对它们的处理。BIOS通过驱动程序完成这个过程吗？

- user744186

操作系统将会把此调用传递给一个实现文件系统驱动的程序，该程序再将其传递给底层存储设备的驱动程序。 - Santa

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你能提供更多关于你所寻找的内容的细节吗？你试图解决什么问题？你想知道在哪里可以找到fwrite和相关函数的Linux源代码吗？你对fwrite的实现有具体的问题吗？你是在嵌入式系统上吗？ - Rian Sanderson

@Santa。底层存储设备的驱动程序是什么？ - user744186

2个回答

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fopen等通常是基于特定操作系统的系统调用实现的。在Unix上，这意味着使用文件描述符的API：open、read、write、close和其他一些API。在Windows上，则是CreateFile、ReadFile等。

- Marcelo Cantos

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可以查看英文原文，
原文链接

- Zan Lynx · Accepted Answer

C库接收像fopen这样的函数，并将其转换为适当的操作系统系统调用。在Linux上，这是POSIX的open函数。您可以在Linux终端中使用man 2 open查看其定义。在Windows上，调用将是CreateFile，您可以在MSDN文档中看到它。在Windows NT上，该函数又是实际NT内核函数NtCreateFile的另一个翻译。

C库中的流是存储在FILE结构中的信息集合。这通常是操作系统文件的“句柄”，分配为“缓冲区”的一块内存区域和当前读写位置。

我刚才注意到您标记了这个问题为“汇编语言”。那么您可能想了解更低层次的细节。这篇文章似乎不错。现在您已经将问题更改为询问“甚至更低的层次”。好吧，一旦操作系统得到打开文件的命令，它就将该命令传递给VFS（虚拟文件系统）。操作系统的这一部分查找包括所需目录的文件名，并执行必要的访问检查。如果这在RAM缓存中，则不需要磁盘访问。如果不是，则VFS会向特定的文件系统发送读取请求，该文件系统可能是EXT4。然后，EXT4文件系统驱动程序将确定该目录位于哪个磁盘块中。然后，它将向磁盘设备驱动程序发送读取命令。

假设磁盘驱动程序是AHCI，则它将将读取块的请求转换为一系列寄存器写入，以设置DMA（直接内存访问）请求。这似乎是一些细节的好来源。此时，主板上的AHCI控制器接管了。它将与硬盘控制器通信，协作读取数据并将其写入DMA内存位置。

在此过程中，操作系统将进程暂停，以便可以继续进行其他工作。硬件正在处理事情，CPU不需要关注。磁盘请求将花费许多毫秒，在此期间CPU可以运行数百万条指令。

当请求完成时，AHCI控制器将发送中断。系统CPU之一将接收中断，查看其IDT（中断描述符表），并跳转到该位置的机器代码：中断处理程序。

操作系统中断处理程序将读取一些数据，发现它被AHCI控制器中断，然后跳转到AHCI驱动程序代码。AHCI驱动程序将读取控制器上的寄存器，确定读取已完成，在其操作队列中放置一个标记，告诉操作系统调度程序需要运行，然后返回。此时不会发生其他任何事情。

操作系统会注意到需要运行AHCI驱动程序的队列。当它决定这样做时（可能正在运行实时任务或正在读取网络数据包），它将从标记为DMA的内存块中读取数据，并将该数据复制到EXT4文件系统驱动程序中。然后，该EXT4驱动程序将数据返回给VFS，VFS将把数据放入缓存中。VFS将向操作系统文件句柄返回open系统调用，该调用将返回给fopen库调用，该调用将将其放入FILE结构并将指针返回给程序。