Unix 文件IO

文件描述符号

对于内核而言,所有打开的文件通过文件描述符引用,是一个非负整数.
在POSIX1中,在<unistd.h>中定义了
STDIN_FILENO(0): 标准输入
STDOUT_FILENO(1): 标准输出
STDERR_FILENO(2): 标准错误输出

文件描述符号的范围是{0-OPEN_MAX-1}

函数open和openat

man 2 open
man 2 openat

SYNOPSIS
       #include <sys/types.h>
       #include <sys/stat.h>
       #include <fcntl.h>
       int open(const char *pathname, int flags);
       int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
SYNOPSIS
      #include <fcntl.h>
      int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags);
      int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode_t mode);

pathname: 打开或者是创建文件的名字
flags: 标识,使用下面的常量,多个可以使用
- O_RDONLY 只读打开(0)
- O_WRONLY 只写打开(1)
- O_RDWR 读写打开
- OS_EXEC 只执行打开
- OS_SEARCH 搜索打开(不支持)
  
  以上的这5个常量必须指定一个而且只能指定一个,下面的产量是可选的.
- O_APPEND
- O_CLOEXEC 把FD_CLOEXEC设置为文件描述符标志
- O_CREAT 若文件不存在,则创建它,此时需要第三个参数(openat第四个)mode,指定权限位以及可以使用进程的umask修改
- O_DIRECTORY 如果不是一个目录就会出错
- O_EXCL 如果指定了O_CREAT并且文件存在则会出错
- O_NOCTTY 如果path引用的是终端设备,则不将该设备分配作为该进程的控制终端.
- O_NOFOLLOW 如果path引用的是符号链接,则出错
- O_NONBLOCK 如果path引用的是一FIFO,一个块特殊文件或者一个字符特殊文件,则此选项为文件的本次打开操作后和后续的I/O操作设置非阻塞方式.
- O_SYNC 使每次write等待物理I/O操作完成
- O_TRUNC 如果此文件存在,而且为只写(或者读写)成功打开,则将其长度截断为0
- O_TTY_INIT 如果打开一个还未打开的终端设备,设置非标准termios参数.
  下面两个参数是可选择的
- O_DSYNC
- O_RSYNC

creat

创建一个文件,相当于
open(path, O_WRONLY| O_CREAT | O_TRUNC, mode)

close

关闭一个文件,并且释放该进程加在该文件记录上的所有的锁

lseek

每打开一个文件都有一个与其相关联的当前文件偏移量

SYNOPSIS
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

read

SYNOPSIS
       #include <unistd.h>
       ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

read函数需要搞清楚的几个问题在于
返回值

返回读取到的字节数
若到了文件末尾,返回0
出错,返回-1

write

返回值

返回写的字节数
出错,返回-1

I/O的效率

在linux的ext4文件系统下,磁盘长度为4096字节
read ahead预读技术

文件共享

内核使用3种数据结构标示打开文件

1) 每个进程在进程表中都有一个记录项,记录项中包含了一张打开的文件描述符表,每个文件描述符占有一项,与每个文件描速符相关联的是:
- a) 文件状态标志
- b) 指向文件表项的指针
2) 内核为所有打开文件维持一张文件表,每个文件表项包含
- a) 文件状态标志(读,写)
- b) 当前文件偏移量
- c) 指向文件v节点的指针
3) 每个打开的文件(或设备)都有一个v节点

当两个进程打开同一个文件

fcntl

SYNOPSIS
       #include <unistd.h>
       #include <fcntl.h>
       int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
该函数可以改变打开的文件的属性

fcntl函数有以下5个功能

(1) 复制一个已有的描述符(cmd=F_DUPFD 或 F_DUPFD_CLOEXEC)
(2) 获取/设置文件描述符标志(cmd=F_GETFE 或 F_SETFD)
(3) 获取/设置文件状态标志(cmd=F_GETFL 或 F_SETFL)
(4) 获取/设置异步I/O所有权(cmd=F_GETOWN 或 F_SETOWN)
(5) 获取/设置记录锁(cmd=F_GETLK,F_SETLK 或 F_SETLWK)

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char **argv) {
	int val;
	if (argc != 2) {
		printf("Usage: a.out <descriptor>\n");
		exit(-1);
	}
	if ((val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0)) < 0 ) {
		printf("fcntl error for fd %d\n", atoi(argv[1]));
	}
	switch (val & O_ACCMODE) {
		case O_RDONLY:
			printf("read only\n");
			break;
		case O_WRONLY:
			printf("write only\n");
			break;
		case O_RDWR:
			printf("read write\n");
			break;
		default:
			printf("unkonw access mode");
	}
	if (val & O_APPEND)
		printf(", append\n");
	if (val & O_NONBLOCK)
		printf(", nonblocking\n");
	if (val & O_SYNC) {
		printf(", synchronous writes\n");
	}
#if !defined(_POSIX_C_SOURCE) && defined(O_FSYNC) && (O_FSYNC != O_SYNC)
	if (val & O_FSYNC)
		printf(", synchronous writes\n");
#endif
	putchar('\n');
	return 0;
}