• APUE学习笔记-文件I/O


      这次回顾APUE中第三四章的内容,主要是文件I/O操作相关的接口函数。

        UNIX系统的文件I/O是不带缓冲的I/O,不带缓冲是指每个read和write都调用系统内核的一个系统调用。

    1.文件描述符

      UNIX I/O的所有函数都是基于文件描述符来操作的。那什么是文件描述符呢?文件描述符是一个非负整数。当打开一个现有文件或创建一个新文件时,内核向进程返回一个文件描述符。该文件描述符fd是所有UNIX I/O函数的操作对象。UNIX系统把文件描述符0与进程标准输入关联,把文件描述符1与进程标准输出关联,把文件描述符2与标准错误关联。我们一般在程序中用STDINPUT_FILENO,STDOUTPUT_FILENO,STDERR_FILENO代替这几个文件描述符。文件描述符的范围是0~OPEN_MAX-1。

    2.基本I/O函数

    #include <fcntl.h>

    int open(const char *path,int oflag,.../* mode_t mode */);  /* xx */

    int openat(int fd,const char *path,int oflag,.../* mode_t mode */);

    【成功返回文件描述符,出错返回-1】

      调用open函数打开一个文件,path是要打开或创建的文件的名字,oflag用来说明该函数的多个选项。对于openat函数,在UNIX这一系列I/O函数中有很多类似openat带at后缀的xxat函数,它们的功能与xx函数类似,只不过是xx函数是用文件的绝对路径名来调用,而xxat函数是用文件描述符加上相对路径名来调用,对xxat类函数来说,当path参数指向一个绝对路径名时,其参数fd也失效,此时xxat函数与xx函数相同。(再后面对于这种函数我会用xx注释说明,就不再列出xxat函数了)。

      open函数的oflag参数是用多个系统定义的常量做‘或’运算得出。首先是O_RDONLY,O_WRONLY,O_RDWR,O_EXEC,O_SEARCH(这五个常量中必须指定一个且只能指定一个)。剩下的我只列出几个我觉得用的频繁些的:O_APPEND,每次写时都追加到文件末尾;O_CREAT,若此文件不存在则创建,使用该选项时,函数第三个参数mode需指定文件访问权限;O_TRUNC,若文件存在,且是只写或读-写打开,则将文件长度截断为零。

    #include <fcntl.h>

    int creat(const char *path,mode_t mode);

    【成功,返回以WRONLY打开的文件描述符;出错返回-1】

    #include <unistd.h>

    int close(int fd);【成功,返回0;出错返回-1】

    注:当一个进程终止时,内核会自动关闭它打开的所有文件,因此很多程序都利用这一点不显式调用close关闭。

    off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence);【成功,返回文件新的偏移量;失败返回-1】

    whence有三种值:SEEK_SET,此时文件偏移量设置为据文件开始初offset个字节处;SEEK_CUR,此时将文件偏移量设置为其当前值加offset;SEEK_END,此时文件偏移量设置为文件长度加offset。

    ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbytes);【成功,返回读到字节数,若已到文件尾,返回零;出错返回-1】

    从文件描述符所指文件读n字节到buf数组。ssize_t是带符号返回值int,size_t是unsigned int

    ssize_t write(int fd,void *buf,size_t nbytes);【成功,返回已写字节数;出错返回-1】

    buf数组读n字节写入fd所指文件。对普通文件,写操作从文件当前偏移量出开始;对于文件打开时指定了O_APPEND位,每次写操作是在文件末尾。

    3.文件共享

      UNIX支持在不同进程间共享打开文件。UNIX内核表示打开文件的数据结构如下所示(手机拍的凑合着看):


    a.每个进程在进程表中都有一个记录项,记录项包含一张打开文件的文件描述符表,表中每一项关联文件描述符标志及一个指向文件表项的指针。

    b.内核为所有打开文件维持一张文件表,每个表项包含文件状态标志,当前文件偏移量,v节点指针。

    c.每个打开文件都有一个v节点结构。v节点包含了文件类型和对文件进行各种操作的函数指针。还包含了文件的i节点,i节点包含了文件的所有者,文件长度,指向文件实际数据块在磁盘上的指针等信息。

      两独立进程各自打开同一文件的示意图:

    #include <unistd.h>

    int dup(int fd);【成功,返回新文件描述符,出错返回-1】

    复制现有文件描述符返回的文件描述符是当前可用的文件描述符中最小的那个。

    int fsync(int fd);

    int fdatasync(int fd);

    【成功,返回0,出错返回-1】

    void sync(void);

    sync只是将所修改的块缓冲区加入写队列,然后就返回,不等待写磁盘操作解数。

    fsync只对文件描述符fd指定的文件有用,且要等写磁盘操作完成才返回。

    fdatasync类似于fsync,只是fdatasync只影响文件数据部分。

    #include <fcntl.h>

    int fcntl(int fd,int cmd,.../* arg */);

    该函数用于改变已打开文件的属性。fcntl的功能与cmd有关。

    To be continued...

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