文件描述符
进程每打开一个文件的时候，会获得该文件的文件描述符，而后续的读写操作都把文件描述符作为参数。在用户空间或者内核空间，都是通过文件描述符来唯一地索引一个打开的文件。文件描述符使用int类型表示，文件描述符的范围从0开始，到上限值-1，默认情况下，上限值为1024，也就是说，进程默认情况下最多可以打开1024个文件。负数是不合法的文件描述符，当函数调用出错时，返回的文件描述符为-1。
每个进程都至少包含三个文件描述符：
| 文件描述符 | 表示 | 宏 |
|---|---|---|
| 0 | 标准输入（stdin） | STDIN_FILENO |
| 1 | 标准输出（stdout） | STDOUT_FINENO |
| 2 | 标准错误（stderr） | STDERR_FILENO |
遵循Linux一切皆文件的概念，文件描述符除了访问普通文件外，几乎能够访问任何能够读写的东西。包括设备文件、管道、先进先出缓冲区、套接字等。
open()系统调用
对文件进行读写之前，必须先打开文件。Linux提供了系统调用open()。open()有两个函数原型：
#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);
两个函数均可用来打开文件，第二个函数比第一个多了参数mode，mode指定文件的权限---当创建新文件的时候才需要。如果文件打开成功，则返回文件描述符，指向pathname所指定的文件。flags参数用于指定打开的方式，它支持三种访问模式：
| 访问模式 | 描述 |
|---|---|
| O_RDONLY | 打开一个供读取的文件 |
| O_WRONLY | 打开一个供写入的文件 |
| O_RDWR | 打开一个可供读写的文件 |
flags参数还可以与下面的值进行按位或运算，修改打开文件的行为：
| 打开方式 | 描述 |
|---|---|
| O_APPEND | 写入的所有数据将被追加到文件的末尾 |
| O_CREAT | 打开文件，如果文件不存在则建立文件 |
| O_EXCL | 如果已经设置了O_CREAT且文件存在，则强制open()失败，只能与O_CREAT搭配使用 |
| O_TRUNC | 如果文件存在，且是普通文件，并且有写权限，将文件内容清空 |
| O_NONBLOCK | 文件以非阻塞模式打开，请见read系统调用 |
举个例子，下面的句子表示：以写的方式打开文件，如果文件不存在，则创建新的文件，并且文件的内容为空：
int fd ;
fd = open("file.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC，0644);
这里的0644指定了新创建的文件访问权限，参数mode的取值如下：
| 打开方式 | 描述 |
|---|---|
| S_IRUSR | 文件所有者有读权限 |
| S_IWUSR | 文件所有者有写权限 |
| S_IXUSR | 文件所有者有执行权限 |
| S_IRWXU | 文件所有者有读、写、执行权限 |
| S_IRGRP | 组用户有读权限 |
| S_IWGRP | 组用户有写权限 |
| S_IXGRP | 组用户有执行权限 |
| S_IRWXG | 组用户有读、写、执行权限 |
| S_IROTH | 所有人有读权限 |
| S_IWOTH | 所有人有写权限 |
| S_IXOTH | 所有人有执行权限 |
| S_IRWXO | 所有人有读、写、执行权限 |
实际上最终写入磁盘的文件访问权限是由mode参数和用户的文件创建掩码（umask）执行按位与操作得到的。举个例子：
int main()
{
int fd;
fd = open("TEST.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,S_IRWXU|S_IRWXG|S_IRWXO );//以只读方式打开文件
//等价于 fd = open("TEST.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0777 );//以只读方式打开文件
if(fd == -1)
perror("open file error!");
return 0;
}
按理来说，创建出来的文件的访问权限应该是-rwxrwxrwx，而查看后发现其实不是：
ls -l TEST.txt
-rwxrwxr-x 1 huanzhewu huanzhewu 0 5月 7 21:29 TEST.txt 【权限为0775】
查看当前的掩码：
$ umask
0002
可以发现 0775 = 0777 ^ (~0002) ，所以0775才是最后的文件访问权限。umask是进程级属性，通过调用umask()函数来修改，支持用户修改新创建的文件和目录的权限。
总结起来可以得到这样一条公式：
newmode = mode ^ (~ umask)
总结一下：至此，我们了解了文件打开所提供的两个系统调用函数open()，了解了打开文件的方式、新建文件的访问权限设置。如果文件打开成功，那么将返回一个文件描述符，这是一个非零整数（因为0,1,2是进行已经拥有的文件描述符），否则函数将返回-1
creat()系统调用
顾名思义，creat函数用来创建一个文件，不过我们可能产生疑问：前面的open函数使用一些选项后，不是也可以创建新文件吗？没错，creat函数完全等价与下面的open语句：
int fd ;
fd = open("file.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC，0644);
fd = creat("file.txt,0644"); /*两个语句的作用完全等价*/
由于选项O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC组合经常使用，因而系统调用专门使用creat函数来提供这个功能。creat函数的原型如下：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int creat(const char *pathname, mode_t mode);
其中参数的描述与open的参数一致，这里不再赘述。
read()系统调用
文件打开后，就能够读文件了。read（）是最基础、最常见的读取文件的机制。read的函数原型为：
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
fd 为文件描述符。每次调用read函数时，会从fd指向的文件的当前偏移（或称文件位置）开始读取count字节到buf所指的的内存中。随着文件的读取，fd的文件位置指针会向前移动。关于read的读取，会出现很多需要思考的问题：
- 问题一：如果文件长度为0
- 问题二：如果文件长度不够count长度
- 问题三：如果读取时，read被信号中断了
我们一一来看：
- 问题1属于“没有数据可读”，此时read调用会阻塞，直到有数据可读；
- 问题2属于到达数据结尾（EOF），此时read调用返回0；
- 问题三，read调用返回大于0小于count的值；如果在读取任何数据之前被信号中断，则返回-1，同时把errno设置为EINTR。
由于read有这么多需要考虑的问题，如果希望每次都能读入count个字节，下面是一段示例代码：
//保证读取200个字节到ptr中
ssize_t ret ;
int len = 200;
while(len!= 0 && ( ret = read(fd, ptr, len )) != 0)
{
if(ret == -1)
{
if( errno == EINTR)
continue;
perror("read");
break;
}
len -= ret ;
ptr += ret ;
}
再来看看问题1，当文件没有数据可以读时（一开始就没有），read调用会被阻塞，直到文件有数据可以读，这是一种阻塞I/O。如果文件以O_NONBLOCK模式打开，则文件为非阻塞模式，当文件没有数据可以读时，read系统调用返回-1，并把errno设置为EAGAIN。
ssize_t ret ;
int len = 200;
while(len!= 0 && ( ret = read(fd, ptr, len )) != 0)
{
if(ret == -1)
{
if( errno == EINTR)
{
printf("读取被中断
");
continue;
}
if(errno== EAGAIN)
{
printf("文件没有可读
");
//重新提交读取
continue;
}
break;
}
len -= ret ;
ptr += ret ;
}
除了errno被设置为EINTR与EAGAIN，其他情况下都是出现严重的文件读取错误，重新执行读操作不会成功。
write() 系统调用
write的函数原型为：
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 【将buf中count个字节的内容写入fd指定的文件中】
write的返回值比较简单：
- 写入失败返回-1 ，同时设置errno的值
- 写入成功返回成功写入的字节数。
- 返回0时没有特殊含义，仅表示写入了0个字节的内容。
对于普通文件，write基本能保证每次执行调用能够写入全部的内容。对于其他文件如socket，需要进行循环写，保证所有的字节都写入了文件中：
ssize_t ret ;
int len = 200;
while(len!= 0 && ( ret = write(fd, ptr, len )) != 0)
{
if(ret == -1)
{
if( errno == EINTR)
continue;
perror("write");
break;
}
len -= ret ;
ptr += ret ;
}
同样的，当以非阻塞的模式打开文件时（O_NONBLOCK），系统调用write()会返回-1，并把errno设置为EAGAIN。
系统调用write()时，数据从用户空间的缓冲区中拷贝到了内核空间的缓冲区，但并没有立即把数据写入磁盘中，这称为延迟写。延迟写的问题在于，如果在数据真正写入磁盘之前系统崩溃了，则数据可能丢失。内核设置了一个时间，在该时间内将内核空间缓冲区上的数据写入磁盘，该时间称为"最大存放时效"。Linux系统也支持强制文件立即写入磁盘上，这在后面介绍。
close()系统调用
程序完成文件的读写后，调用close函数关闭文件描述符与文件之间的连接，使得文件描述符可以被重用。close的函数原型为：
#incldue<unistd.h>
int close (int fd);
文件关闭成功返回0，出错返回-1，并设置相应的errno。文件成功关闭并不以为着该文件的数据已经被写入磁盘，同步选项在后续介绍。
总结:本文简单介绍了文件的打开、创建、读写、关闭操作，介绍了一些常用的open参数选项，creat与open的等价性，循环读、循环写的必要性，也关注了各个系统调用的返回值含义，了解如何设置非阻塞读写，并简单提到了延迟写的问题，在后续的文件中将介绍同步I/O的内容。