嵌入式Linux：空洞文件

空洞文件（Sparse File）是一種在磁盤上并非完全分配存儲空間的文件。它包含了一些邏輯上存在但物理上并未存儲的數(shù)據(jù)。

空洞文件在多線程共同操作文件時具有極大的優(yōu)勢。當(dāng)創(chuàng)建一個巨大的文件時，單個線程逐步構(gòu)建文件會耗費(fèi)大量時間。一種優(yōu)化思路是將文件劃分為多個段，利用多線程同時操作，每個線程負(fù)責(zé)寫入其中一段數(shù)據(jù)。這類似于現(xiàn)實(shí)生活中修路的場景，如修建高速公路時，單個施工隊(duì)的進(jìn)度可能較慢，但通過安排多個施工隊(duì)，每個隊(duì)負(fù)責(zé)修建一段，最終將它們連接起來，大大提高了效率。

空洞文件在實(shí)際應(yīng)用中有兩個典型場景：

1、在使用迅雷下載文件時，尚未完全下載時文件已經(jīng)占據(jù)整個文件大小的空間，這就是空洞文件的應(yīng)用。如果沒有空洞文件，多線程下載時只能從一個位置寫入，無法充分發(fā)揮多線程的優(yōu)勢。有了空洞文件，不同地址可以同時寫入，發(fā)揮了多線程的優(yōu)勢。

2、在創(chuàng)建虛擬機(jī)時，如果一開始就分配了100GB的磁盤空間，而實(shí)際上系統(tǒng)安裝完成后可能只使用了3、4GB的空間，這就是空洞文件的應(yīng)用。通過空洞文件，可以避免一開始就分配過多的資源，節(jié)約了存儲空間的浪費(fèi)。

在 Linux 中，可以通過使用 lseek 和 write 系統(tǒng)調(diào)用來創(chuàng)建空洞文件。以下是一個簡單的例子：

#include #include #include 
int main(void) {    // 打開或創(chuàng)建一個文件（如果不存在）    int fd = open("sparse_file.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);    if (fd == -1) {        perror("open");        return 1;    }
    // 將文件指針移動到第 1024 個字節(jié)處    if (lseek(fd, 1024, SEEK_SET) == -1) {        perror("lseek");        close(fd);        return 1;    }
    // 寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)到文件（創(chuàng)建空洞）    if (write(fd, "A", 1) == -1) {        perror("write");        close(fd);        return 1;    }
    // 關(guān)閉文件    close(fd);
    printf("Sparse file created successfully.n");
    return 0;}

在這個例子中，通過 lseek 將文件指針移動到第 1024 個字節(jié)處，然后使用 write 寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。由于文件指針跳過的區(qū)域并未實(shí)際寫入數(shù)據(jù)，因此在磁盤上創(chuàng)建了一個空洞。

可以使用 du 命令查看文件占用的磁盤空間，以驗(yàn)證是否為稀疏文件。例如：

du -h sparse_file.txt

這將顯示文件的磁盤使用情況，如果文件是空洞文件，它會顯示實(shí)際使用的磁盤空間較小。

在文件系統(tǒng)中，讀取空洞文件時，操作系統(tǒng)會將空洞部分的數(shù)據(jù)補(bǔ)充為0，使得讀取的文件內(nèi)容包含完整的文件大小。

舉例說明：如果一個文件大小為1GB，但只有其中的100MB是實(shí)際寫入數(shù)據(jù)，其余部分是空洞，讀取該文件時，系統(tǒng)會自動將空洞的部分填充為0，以確保讀取的文件內(nèi)容總大小為1GB。