汇编级别的文件操作是什么样的

Question

在我看来，存储在辅助存储器（硬盘）中的所有内容都存储在文件中。因此，我将文件系统理解为关于文件的每个块的信息的系统化。（这反过来可能是关于 inode 信息的系统化）。

所以我想知道的是，当程序打算对文件进行操作时，在汇编和硬件级别会发生什么。我试着思考了一下，结果是这样的。

因此，如果我在第一段中写下的理解是正确的，那么任何需要一定字节数的读取操作，比如 X，都会将 X 除以块大小得到结果，比如 N，然后在文件系统中查询前 N 个块内容的位置，并获取存储在这些位置的内容。如果是硬盘，则从磁盘中获取内容。但是这种从磁盘读取是否涉及使用 DMA 并因此通过某些 DMA 控制器控制通信？

当读取所需的字节数时，它们是否将内容放入执行程序的堆栈中，其中一个变量将保存所需的字节数，或者因此获得的内容被放置在其他位置，例如堆?

对于写操作，我可以想到类似的机制，取偏移量，确定所需的块号，然后将要写入的新字节划分为块，并在文件系统中更新新块。

如果我以上理解有误，请指正。

但是，我想不出任何对关闭文件有重要意义的事情，也无法弄清楚不关闭文件在硬件和组装方面的不良影响。

我看过以下帖子：

http://www.brokenthorn.com/Resources/OSDev20.html

和

http://www.brokenthorn.com/Resources/OSDev20.html.

在这里，我可以在汇编中看到用于写入软盘设备或进行 DMA 的插图，但在以下章节中：

http://www.brokenthorn.com/Resources/OSDev22.html

这与文件系统有关，我无法准确找出文件操作的汇编级详细信息。 （虽然在前面的一些章节中，已经介绍了从 FAT 读取，但据我所知，它使用了 BIOS 中断）。

那么简而言之，在文件打开、文件读取、文件写入和文件关闭期间，硬件和程序集级别会发生什么？

Answer 1

文件操作在汇编级别是什么样子的

在应用程序中，这是使用系统调用完成的（例如，x86 CPU 上的 int 指令）。这样的系统调用会调用操作系统中的函数。

操作系统中的那个函数通常是一个用汇编语言编写的短函数，它调用另一个通常用“高级”编程语言（通常是 C；但当然也可以用汇编语言编写这个函数）编写的函数。

第二个函数会调用很多其他函数。

在硬盘或软盘上，数据以扇区的形式存储。每个扇区包含一定数量的字节（例如 512），您只能读取或写入完整的扇区，而不是单个字节。磁盘对文件一无所知。

在典型的操作系统中，文件处理涉及两种不同类型的功能：

1) 设备驱动功能

这些函数用于从磁盘读取或写入“扇区”数据。这取决于 CPU 和磁盘驱动器类型，这实际上是如何完成的。

在最简单的情况下，你有一个带有内存映射 I/O 的 CPU，你既不使用中断也不使用 DMA。历史悠久的 Commodore 1581 软盘驱动器就是一个例子。

在这种情况下，软件只需将字节写入地址即可将一些数据写入硬件 - 与将字节写入 RAM 的方式相同。从硬件中读取就像从 RAM 中读取一个字节一样。

软件会将一些数据写入硬件，指示磁盘驱动器从磁盘读取一些数据。然后软件不断地从某个地址读取数据。该数据包含磁盘驱动器是否准备就绪的信息。一旦磁盘驱动器准备好，软件就会通过从另一个地址读取数据来读取实际数据。写作也是如此。

如果您使用不使用内存映射 I/O 的 CPU，访问硬件不会像访问 RAM 那样工作，而是使用特殊指令（in 和 out）。 （旧的 x86 计算机就是一个例子。）

如果使用中断（如在现代计算机中），软件不需要连续检查磁盘驱动器是否准备好。一旦磁盘驱动器报告准备就绪，CPU 就会调用一个特殊函数——所谓的“中断处理程序”。

如果使用 DMA（如在现代计算机中），磁盘驱动器可以直接将从磁盘读取的数据写入 RAM（或从 RAM 读取要写入的数据）。所以软件只需要写入指示磁盘驱动器写入某个扇区的特殊数据即可。软件不必写入应写入磁盘的实际数据，因为磁盘驱动器会直接从 RAM 中读取这些数据。 （阅读也是如此。）

2) 文件系统功能

这些函数将调用“设备驱动程序”函数来访问磁盘。

文件系统或多或少只是一些描述文件如何存储在磁盘上的描述。如果磁盘使用“FAT16”文件系统，则磁盘上有三个区域：FAT、根目录和簇。

（在使用“inode”的文件系统上，这有点不同；但是，原理是一样的。）

FAT 包含有关某些文件在磁盘上的存储位置以及哪些簇是空闲的信息。根目录包含有关磁盘上文件的名称（以及更多信息，例如文件大小）的信息。并且集群包含实际的文件数据。

当将文件写入磁盘时，文件系统函数将读取 FAT 的扇区（通过调用“设备驱动程序”的函数）。它将检查 FAT 的内容以查找空闲簇。现在它将读取根目录，添加写入文件的文件名并将根目录写回磁盘。然后函数会将文件的实际数据写入集群。最后，函数会更新FAT（相应扇区不再空闲）和根目录（文件大小不再为零）数据，并将这些信息写回磁盘。