实现操作系统：文件打开

在Hello China当前版本的实现中，把文件跟普通的设备同等对待。即每打开一个文件，在操作系统内部都会增加一个设备对象（文件设备对象）；对于文件的读写等操作，直接调用设备对应的驱动程序提供的DeviceRead和DeviceWrite等服务函数。

CreateFile是操作系统提供给用户的通用设备打开接口函数，这个函数可用于打开普通的设备进行操作，也可用于打开文件系统中的任何文件。该函数原型如下：

其中，第一个参数lpThis是一个指向IOManager全局对象的指针；第二个参数lpszFileName，则指明了要打开的设备或文件的名称；dwAccessMode和dwOperationMode两个参数用于控制打开的文件，不适用于目标对象是物理设备的情形；最后一个参数保留，用于将来使用。不同的命名规则，用来标识打开的目标对象是设备还是文件。对于设备，lpszFileName的形式遵循\\.\devname的规则，即开始是两个反向斜线，接着一个点号（或DEV字符串），后面再跟着一个反向斜线，最后是设备的名字（即设备标识字符串）；而对于文件，则按照“文件卷标识符+文件路径+文件名”的格式，比如“C：\HCN\DATA1.BIN”。

用户通过调用CreateFile函数来打开一个文件，该函数按下列步骤进行操作：

（1）首先根据文件名以及命名规范，来确定请求打开的对象是文件还是普通的设备对象。

（2）如果判断结果是普通的设备对象，则转到设备对象打开流程。这个过程将遍历设备对象链表，根据名字匹配设备对象。详细过程请参考第10章。

（3）如果判断结果是文件，则IOManager首先遍历系统中已经打开的设备链表，用文件名来匹配每个设备名字。如果匹配成功，则说明该文件已经打开，于是进一步检查该文件的打开方式（先前已经打开的方式），如果允许按照本次请求的打开方式重复打开，则直接给用户返回已经打开的文件对象的地址，并增加引用计数。如果不允许重复打开，则返回失败标志。

（4）如果遍历完设备对象链表后没有找到对应的文件，则说明该文件没有被打开，于是从文件名中提取文件卷标识符（比如，C：，D：，E：等）。

（5）根据文件卷标识符遍历IOManager的FsArray数组，这个数组存放了系统中所有正确识别的文件卷。一旦找到一个数组元素，即可从数组元素中进一步得到文件卷设备对象。

（6）如果找不到对应的文件卷设备对象，则说明给出的文件名有问题。比如当前系统中只有C：、D：两个文件卷，但是用户却尝试打开“E：\DATA.TXT”文件，则会出现这种情况。显然，这只能以失败返回。

（7）如果可以找到对应的文件卷设备对象，则IOManager调用文件卷设备对象的DeviceOpen函数（以文件名或DRCB为参数），尝试打开该文件。

（8）如果DeviceOpen函数执行成功，则返回被打开文件的句柄，否则返回一个失败标志（NULL）。(www.xing528.com)

（9）CreateFile根据DeviceOpen函数的返回结果，给初始调用返回适当的数值。

文件驱动程序的DeviceOpen函数，会从分区的根目录开始，根据文件名进行逐级搜索。一旦定位到文件所在目录，即可读取目录文件信息，获得文件的相关信息，如文件名、文件起始cluster号、文件大小等。然后创建一个文件扩展对象（__FAT32_FILE），把文件相关的信息存放在这个对象中。接下来需要调用CreateDevice函数，创建一个文件设备对象，并把文件扩展对象作为文件设备对象的设备扩展。

下面是FAT32文件系统的实现中，文件扩展对象（__FAT32_FILE）的定义：

显然，这是与特定文件相关的信息。最后两个指针pNext和pPrev，把文件扩展对象链接成一个双向链表。需要注意的是，这个双向链表与文件设备对象所在的设备链表不同。pPartition对象指针指向了文件所在的分区。而pFileSystem指针指向该文件所在的文件系统设备扩展对象。文件系统设备扩展对象记录了文件卷相关的特定信息，这是文件卷设备对象的设备扩展。而系统中的所有文件卷对象都统一存放在IOManager的FsArray数组中。图12-6示意了这些对象之间的逻辑关系。

图12-6 文件系统核心对象之间的关系

在我们的实现中，每打开一个文件，DeviceOpen函数便会创建一个文件设备对象。这个对象与普通的设备对象一样，被连接到系统的设备对象链表中（IOManager的lpDevice Object成员指向这个链表）。针对系统中每个成功识别的分区，都会有一个与之对应的文件卷设备对象。需要注意的是，文件卷设备对象也是一个设备对象，也会被链入设备链表中，这在图中没有体现。文件卷设备对象是与一个特定分区连接在一起的，其设备扩展—文件卷扩展，则包含了分区（文件卷）特定的信息。下面是文件卷扩展对象的定义：

这个对象记录了文件卷相关的信息。pPartition指向该卷所在的分区对象，这个对象与文件对象扩展中指向的分区对象是同一个对象。在读取文件卷中的数据的时候，最终都是转化为以pPartition对象为参数调用DeviceReadSector函数的。DeviceReadSector函数进一步调用了pPartition对象驱动程序提供的DeviceCtrl函数，这个函数提供了扇区随机读写功能。

需要注意的是，不论是文件设备对象，还是文件卷设备对象，都指向相同的驱动程序对象。但是在调用DeviceOpen函数的时候，是以文件卷设备对象及其指向的驱动程序对象为参数的。因为这时候具体的文件还未打开。而在调用DeviceRead/DeviceWrite等函数时，则是以具体的文件设备对象和其指向的设备驱动程序对象为参数的，这时文件已经打开。