Linux C C++：通用IO模型

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文件描述符

打开一个文件：open()读取一个文件：read()数据写入文件：write()关闭文件：close()改变文件偏移量：lseek()通用IO模型以外的操作：ioctl()原子操作和竞争条件文件控制操作：fcntl()打开文件状态标志文件描述符和打开文件之间的关系复制文件描述符

复制文件描述符：dup()复制文件描述符：dup2()复制文件描述符：dup3() 在文件特定偏移量处的I/O：pread()和pwrite()分散输入和集中输出：readv()和writev()截断文件：truncate()和ftruncate()系统调用/dev/fd 目录
本章所关注的是磁盘文件的 I/O 操作。然而，鉴于可以采用相同的系统调用对诸如管道、终端等所有类型的文件施以输入/输出操作，故而本章的大部分内容会与后续章节有关。

文件描述符

所有io操作的系统调用都以文件描述符（一个非负整数）指代打开的文件。

文件描述符	用途
0	标准输入
1	标准输出
2	标准错误

在程序中，可以用0 1 2来表示，或者采用中定义的POSIX标准名称。

IO操作的4个系统调用

fd = open(pathname, flags, mode) 函数打开 pathname 所标识的文件，并返回文件描述符，用以在后续函数调用中指代打开的文件。如果文件不存在，open()函数可以创建之，这取决于对位掩码参数 flags 的设置。flags 参数还可指定文件的打开方式：只读、只写亦或是读写方式。mode 参数则指定了由 open()调用创建文件的访问权限，如果 open()函数并未创建文件，那么可以忽略或省略 mode 参数。numread = read(fd, buffer, count) 调用从 fd 所指代的打开文件中读取至多 count 字节的数据，并存储到 buffer中。read()调用的返回值为实际读取到的字节数。如果再无字节可读（例如：读到文件结尾符 EOF 时），则返回值为 0。numwritten = write(fd, buffer, count) 调用从 buffer 中读取多达 count 字节的数据写入由fd 所指代的已打开文件中。write()调用的返回值为实际写入文件中的字节数，且有可能小于 count。status = close(fd)在所有输入/输出操作完成后，调用 close()，释放文件描述符 fd 以及与之相关的内核资源。

linux通用IO

open(),read(),write(),close()

打开一个文件：open()

#include
int open(const char *pathname,int flags,*mode*);

读取成功返回文件描述符。

文件读取失败，返回-1

参数表：

在open函数含有O_CREAT时，即需要创建文件时，就要添加mode参数注明文件的读取权限。

读取一个文件：read()

#include
ssize_t read(int fd,void *buffer, size_t count);
//成功返回实际读取字节个数
//失败返回0

数据写入文件：write()

#include
ssize_t write(int fd, void *buffer,size_t count);
//成功返回实际写入文件的字节数>=0
//如果返回0，若errno被设定，则出错，否则写入0
//返回-1，调用失败查看errno判断错误

关闭文件：close()

#include
int close(int fd);

改变文件偏移量：lseek()

#include
off_t lseek(int fd,off_t offset, int whence);
//返回文件的偏移量

通用IO模型以外的操作：ioctl()

#include
int ioctl(int fd,int request, ...)

原子操作和竞争条件

原子操作是指，某些系统调用中的所有步骤会作为独立操作而一次行加以执行，其间不会为其他进程或线程所中断。

在open函数中使用O_EXCL标志可以使打开文件成为原子操作。

文件控制操作：fcntl()

#include
int fcntl(int fd, int cmd, ...);
//函数调用成功返回cmd的对应值。
//函数调用失败返回-1。

打开文件状态标志

int flags,accessMode;
flags = fcntl(fd,F_GETFL);
if(flags == -1)
    errExit("fcntl");

文件描述符和打开文件之间的关系

多个文件描述符可以指向同一打开的文件。

内核维护的三个数据结构：

进程级的文件描述符表系统级的打开文件表文件系统的i-node表

文件描述符表：

控制文件描述符操作的一组标志。对打开文件句柄的引用

打开文件表：

当前文件的偏移量打开文件时所使用的状态标志文件访问模式与信号驱动I/O相关的设置对该文件i-node对象的引用

i-node表：

文件类型一个指针，指向该文件所持有的锁的列表文件的各种属性，包括文件的大小以及与不同类型操作相关的时间戳。 复制文件描述符 复制文件描述符：dup()

#include
int dup(int oldfd);
//调用成功,返回新的文件描述符标志
//调用失败,返回-1

复制文件描述符：dup2()

#include
int dup2(int oldfd, int newfd);
//调用成功，返回新的文件描述符，与newfd相同
//调用失败，返回-1

若调用dup2()时，oldfd已经打开，需要调用close()将其关闭

复制文件描述符：dup3()

#define _GNU_SOURCE
#include
int dup3(int oldfd, int newfd, int flags);
//调用成功，返回文件描述符
//调用失败，返回-1

flags用于修改系统调用行为

在文件特定偏移量处的I/O：pread()和pwrite()

#include
ssize_t pread(int fd, void *buf, size_t count, off_t offset);
//文件描述符、变量、读取数、偏移量。
//调用成功返回读取的字节数
//调用失败返回-1
ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t count, off_t offset);
//调用成功返回写的字节数
//调用失败返回-1

分散输入和集中输出：readv()和writev()

#include
sturct iovec{
    void *iov_base;//起始地址
    size_t iov_len;//读取的字节数
}
ssize_t readv(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);
//文件描述符、iov结构数组、iov个数
//调用成功返回读取的字节数
//调用失败返回-1
ssize_t writev(int fd, const struct iovec *iov, int iovcnt);
//调用成功返回实际写入数量
//调用失败返回-1

截断文件：truncate()和ftruncate()系统调用

作用：将文件大小设置为length参数指定的值

#include
int truncate(const char *pathname, off_t length);
int ftruncate(int fd, off_t length);
//调用成功返回0
//调用失败返回-1

/dev/fd 目录

每个进程，内核都提供这个目录，这个文件目录里存储了该进程的文件描述符。