Unix 文件I/O操作
一，概要
Unix 的文件I/O操作主要指的是：打开文件、读文件、写文件等。其中常用到的函数有：open、read、write、lseek、close。这些都是Unix 提供的接口，通常都是不带缓冲的I/O。
二，文件描述符、文件表、v节点表
1，文件描述符：
当打开或创建文件时，内核会向进程返回一个文件描述符。进程会根据获取的文件操作符来对文件进行一系列的操作，包括读、写等操作，既间接通过文件描述符操作文件。
举一个例子，假如房东要将房子出租出去，委托给A、B、C中介，那现在有多个房客要看房，中介只需要和房东拿钥匙。房子就好比我们要操作的文件，钥匙就好比文件描述符，中介就好比我们的程序(进程）。如下图：
那对于文件描述符是操作文件的入口，通过文件描述符，我们进而可以操作文件，如读、写等操作。
每个进程表在进程表中有一个记录项，这些记录项中有一张打开的文件描述符表，每个描述符占一项，与文件描述符关联的是：文件描述符的标志、指向一个文件表项的指针。
2，文件表
内核为所有打开文件维持一张文件表，文件表项包含：文件状态标志、当前文件偏移量、指向该文件v节点表项的指针。这里文件状态标志指的是打开文件所标志的操作，如：只读、只写、读写。
3，v节点表
每个打开的文件或设备都有一个v节点结构，v节点结构包含了文件类型和对此文件进行各类操作的函数指针类型。
如下图：
三，系统提供的部分函数接口
1，open函数——打开文件
函数原型：
#include
int open(const char *pathname,int flag, .../*mode_t mode*/);
返回值：成功则返回文件描述符，失败则返回-1；
参数说明：
pathname : 打开或创建的文件名
flag : 为常量，这些常量定义在 头文件中。
值如下：
O_RDONLY 只读打开。
O_WRONLY 只写打开。
O_RDWR 读写，打开。
O_APPEND 每次写都追加到文件尾部。
O_CREAT 如文件不存在，则创建它。如果此项存在，则第三项参数mode则为文件权限。
O_EXCL 如果同时存在指定的O_CREAT，且文件存在，则会出错。这里常用于测试文件是否存在；如果不存在，则创建此文件，这使得测试和创建成为原子操作。
O_TRUNC 如果文件存在，而且为只写或只读成功打开，则将其长度截短为0。
O_NOCTTY 如果pathname指的是终端设备，则不将该设备分配为此进程的控制终端。
O_NONBLOCK 如果pathname指的是一个FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选项为文本的本次打开操作盒后续的I/O操作设置非阻塞模式。
O_DSYNC 使每次write等待物理I/O操作完成，但如果写操作并不影响读取刚写入的数据，则不等待文件属性被更新。
O_RSYNC 使每个文件描述符作为参数read操作等待，直至任何对文件同一部分进行的未决写操作完成。
O_SYNC 使每次write都等到物理I/O操作完成，包括write操作引起的文件属性更新所需的I/O。
2,creat 函数——创建文件
函数原型：
#include
int creat(const char * pathname,mode_t mode)
返回值：成功则返回为只写打开的文件描述符，出错则返回-1；
参数：
pathname : 创建的文件名
mode：模板
creat函数缺点是以只写的方式打开所创建的文件，如果需要写完文件后，读取文件的内容，则必须先creat文件，close文件，在open文件，最后read文件。而现在open函数也具有该功能：
open(pathname,O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,mode);
3，close函数——关闭打开的文件
函数原型：
#include
int close(int filedes);
返回值：0（成功），-1（失败）；
参数：fildedes 文件描述符
4，lseek函数——定位文件偏移量
函数原型：
#include
off_t lseek(int filedes,off_t offset,int whence)
返回值：成功返回新的文件偏移量，出错返回-1；
参数：
filedes:文件描述符
offset：于whence相关联，
whence=SEEK_SET，则将该文件的偏移量设置为距文件开始处offset个字节；
whence=SEEK_CUR，则将该文件的偏移量设置为其当前值加offset，offset可为正负；
whence=SEEK_END，则将该文件的偏移量设置为文件长度加offset，offset可为正负；
5，read函数——读入文件内容
原型：
#include
ssize_t read(int filedes,void * buf,size_t nbytes)
返回值：成功返回读取到的字节数，若到达文件尾返回0，出错返回-1；
参数：
filedes:文件描述符
buf：存放读取的数据
nbytes：读取的字节数
6，write函数——写入文件
原型：
#include
ssize_t write(int filedes,const void * buf,size_t nbytes);
返回值：成功则返回已写的字节数，出错返回-1；
参数：
filedes:文件描述符
buf：写入文件的数据
nbytes：写入文件的字节数
7，dup、dup2——复制文件描述符
原型：
#include
int dup(int filedes);
返回值：成功返回新的文件描述符，出错 -1；
参数：
filedes:需要复制的文件描述符；
int dup2(int filedes,int filedes2);
返回值：成功返回新的文件描述符，出错 -1；
参数：
filedes:需要复制的文件描述符；
filedes2:指定返回文件描述符的值，如果指定的这个值已经打开，则将其关闭；
8，sync、fsync、fdatasync——保证磁盘实际的文件内容与高速缓冲区的内容一致
原型：
#include
int fsync(int filedes);
描述：只针对所描述的filedes指定的文件起作用，并同步更新文件的属性，且在等待写入磁盘后操作结束然后返回；
返回值：成功返回0，出错返回-1
参数：filedes 设定的同步的文件描述符
int fdatasync(int filedes)
描述：同fsync类似，只是fsync同步更新文件的属性，fdatasync只针对数据；
返回值：成功返回0，出错返回-1
参数：filedes 设定的同步的文件描述符
void sync(void);
描述：将所有修改过的块缓冲区排入写队列然后返回，它并不等待实际写磁盘操作结束
四，总结
Unix对于文件IO的操作，系统为维持三张表：进程表项、文件表、v节点表。在进程表项中打开或获取一个文件描述符，此文件描述符在内核中拥有一个文件表，此文件表保存的是文件状态标志、当前文件偏移量、v节点指针。而对于v节点表则主要存储文件的v节点信息、i节点信息等。
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