第三章-文件I/O

#include 
int open(const char* path, int oflag, .../mode_t mode/);
//成功返回文件描述符，失败返回-1

path参数为要打开或创建文件的名字，oflag用下面一个或多个常量“或”运算（只列出常用）：

• O_RDONLY：只读打开
• O_WRONLY：只写打开
• O_RDWR：读写打开
• O_EXEC：只执行打开
• O_SEARCH：只搜索打开（应用与目录）
  以上五个必须指定一个，且只能指定一个。以下常量是可选的
• O_APPEND：追加写
• O_CLOEXEC：把FD_CLOEXEC常量设置成文件描述符标志
• O_CREAT：若此文件不存在则创建。使用此选项时，同时需要说明第三个参数mode，用该mode指定该文件的访问权限位
• O_NONBLOCK：非阻塞
• O_TRUNC：若此文件存在，且为写或读写成功打开，则将其长度截断为0
• O_SYNC：使每次write等待物理I/O操作完成，包括由该write操作引起的文件属性更新所需的I/O
• O_DSYNC：使每次write等待物理I/O操作完成，但若该写操作并不影响读取刚写入的数据，则无需等待文件属性被更新
• O_RSYNC：使每一个以文件描述符作为参数进行的read操作等待，直至所有对文件同一部分挂起的写操作都完成

由open函数返回的描述符一定是最小的未用描述符值。这一点被某些应用程序用来在标准输入、标准输出或标准错误上打开新的文件。

创建新文件：

#inlcude 
int creat(const char* path, mode_t mode);
//返回为（只写打开的）文件描述符，若出错返回-1

等同于以下open

open(path, O_WRonLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)

#include 
int close(int fd);
//成功返回0，失败返回-1

关闭一个文件时会释放该进程加在该文件上的所有记录锁。
当进程终止时，内核自动关闭它所有的打开文件。

每个打开文件都有一个与其相关联的“当前文件偏移量”(current file offset)。通常是非负整数，记录文件从开始处计算的字节数。当打开一个文件时，除非指定O_APPEND选项，否则该偏移量设置为0。
可调用lseek显示地为一个打开文件设置偏移量：

#include 
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
//成功时返回新的文件偏移量，失败返回-1

对参数offset的解释与参数whence的值有关。

• 若whence是SEEK_SET，则将该文件的偏移量设置为距文件开始处offset个字节
• 若whence是SEEK_CUR，则将该文件的偏移量设置为当前值加offset,offset可正可负
• 若whence是SEEK_END，则将该文件的偏移量设置为文件长度加offset,offset可正可负

例如可用以下方式确定打开文件的当前偏移量：

off_t curpos;
curpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

这种方法也可用来测试所涉及的文件是否可以设置偏移量。若文件描述符指向的是一个管道、FIFO或socket，则lseek返回-1，并将errno设为ESPIPE。
注：对于普通文件，当前的偏移量必须是一个非负整数；但是某些设备也可能允许负的偏移量。因为偏移量可能是负值，所以在比较lseek的返回值时应当谨慎，不要测试它是否小于0，而是是否等于-1。

#include 
ssize_t read(int fd, void* buf, size_t nbytes);

返回读到的字节数，若已到文件尾，返回0；若出错，返回-1。

#include 
ssize_t write(int fd, const void* buf, size_t nbytes);

返回值通常与参数nbytes相同

内核使用3种数据结构表述打开文件，它们之间的关系决定了在文件共享方面，一个进程对另一个进程可能产生的影响。
（1）每个进程在进程表中都有一个记录项，其中包含一张打开文件描述符表，每个描述符占用一项。每一项包括：

• 文件描述符标志
• 指向一个文件表项的指针

（2）内核为所有打开文件维护一张文件表。表项包括：

• 文件状态标志
• 当前文件偏移量
• 指向该文件v/i节点表项的指针

（3）每个打开文件都有一个v-node结构。对于大多数文件，v节点还包含了该文件的i节点（i-node, 索引节点）。这些信息都是在打开文件时从磁盘读入内存的。Linux没有使用v节点，而是使用了i-node。但两者概念是一样的，都指向文件系统特有的i-node结构。
注：关于文件系统的i-node，见另一篇博客https://blog.csdn.net/sunximei/article/details/120593787

多个进程读取同一个文件能正确工作。因为每个进程都有它自己的文件表项
，其中也有它自己的当前偏移量。但是当多个进程写同一文件时，则可能出错。

一般而言，原子操作(atomic operation)指的是由多步组成的一个操作。即要么执行完全部步骤，要么一步也不执行。

复制一个现有的描述符：

#inlcude 
int dup(int fd);
int dup2(int fd, int fd2);

成功返回新的文件描述符，失败返回-1。

• dup：返回的新文件描述符一定是当前当用描述符的最小值。
• dup2：可以用fd2参数指定新描述符的值。如果fd2已经打开，则先将其关闭；若fd等于fd2，则dup2直接返回fd2，否则fd2的FD_CLOEXEC文件描述符标志就被清除，这样fd2在进程调用exec时是打开状态。
  关于FD_CLOEXEC的解释：https://blog.csdn.net/bemf168/article/details/80025365

传统的UNIX系统在内核中设有缓冲区高速缓存或页高速缓存，大多数磁盘I/O都通过缓冲区进行。当我们向文件写数据时，内核通常先将数据复制到缓冲区中，然后排入队列，晚些时候再写入磁盘（也叫做delayed write）。

有时需要立马冲洗缓冲区，以下三个函数

#include 
void sync(void);
int fsync(int fd);
int fdatasync(int fd);

成功返回0，失败返回-1（除了sync）

• sync：只是将所有修改过的块缓冲区排入写队列，然后就返回，并不实际等待写磁盘操作结束。通常，update系统守护进程周期性地（一般30s一次）调用sync函数。保证定期冲洗（flush）内核缓冲区。
• fsync：只对fd指定的一个文件起作用，并且等待写磁盘操作结束才返回。
• fdatasync：类似于fsync，但只影响文件数据部分；而fsync还会同步更新文件的属性

改变已经打开文件的属性：

#include 
int fcntl(int fd, int cmd, ...);

在本节中，第三个参数只是整数。
失败返回-1，成功时，返回值依赖cmd
fcntl函数有以下5种功能：
（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_GETFD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_SETLKW）