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據。

空洞文件在多線程共同操作文件時具有極大的優勢。當創建一個巨大的文件時，單個線程逐步構建文件會耗費大量時間。一種優化思路是將文件劃分為多個段，利用多線程同時操作，每個線程負責寫入其中一段數據。這類似于現實生活中修路的場景，如修建高速公路時，單個施工隊的進度可能較慢，但通過安排多個施工隊，每個隊負責修建一段，最終將它們連接起來，大大提高了效率。

空洞文件在實際應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占據整個文件大小的空間，這就是空洞文件的應用。如果沒有空洞文件，多線程下載時只能從一個位置寫入，無法充分發揮多線程的優勢。有了空洞文件，不同地址可以同時寫入，發揮了多線程的優勢。

2、在創建虛擬機時，如果一開始就分配了100GB的磁盤空間，而實際上系統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用。通過空洞文件，可以避免一開始就分配過多的資源，節約了存儲空間的浪費。

在 Linux 中，可以通過使用 lseek 和 write 系統調用來創建空洞文件。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 個字節處    if (lseek(fd, 1024, SEEK_SET) == -1) {        perror("lseek");        close(fd);        return 1;    }
    // 寫入一個字節數據到文件（創建空洞）    if (write(fd, "A", 1) == -1) {        perror("write");        close(fd);        return 1;    }
    // 關閉文件    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 個字節處，然后使用 write 寫入一個字節的數據。由于文件指針跳過的區域并未實際寫入數據，因此在磁盤上創建了一個空洞。

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，它會顯示實際使用的磁盤空間較小。

在文件系統中，讀取空洞文件時，操作系統會將空洞部分的數據補充為0，使得讀取的文件內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是實際寫入數據，其余部分是空洞，讀取該文件時，系統會自動將空洞的部分填充為0，以確保讀取的文件內容總大小為1GB。