文件描述符

對于內核而言，所有打開的文件都通過文件描述符引用。文件描述符是一個非負整數，每一個進程默認有三個已經打開的文件描述符與之關聯，分別是標準輸入0，標準輸出1和標準錯誤2。POSIX規范在頭文件unistd.h中對此定義了三個符號常量STDIN_FILENO，STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO。

任何一個進程可以同時打開的文件數是有限制的，這個限制通常是由limits.h頭文件中的常量OPEN_MAX定義的，它的值隨系統的不同而不同，但POSIX規范要求它至少為16。

open函數

#include <fcntl.h>int open(const char *pathname, int oflag, ... /* mode_t mode */);

open函數用來打開或創建一個文件，若成功返回文件描述符，否則返回-1。

pathname是要打開或創建文件的名字。

oflag參數是下列一個或多個常量執行按位或運算的結果殺

• O_RDONLY　　只讀打開
• O_WRONLY　 只寫打開
• O_RDWR 讀寫打開

上面三個常量必須指定一個并且只能指定一個，下面一些常量則是可選的：

• O_APPEND　　將寫入追加到文件的尾端
• O_CREAT 若文件不存在，則創建它。使用該選項時，需要第三個參數mode，用來指定新文件的訪問權限位
• O_EXCL 如果同時指定了O_CREAT，而文件已經存在，則會出錯
• O_TRUNC 如果此文件存在，而且為只寫或讀寫模式成功打開，則將其長度截短為0
• O_NOCTTY 如果pathname指的是終端設備，則不將該設備分配作為此進程的控制終端
• O_NONBLOCK 如果pathname指的是一個FIFO文件、塊設備文件或字符設備文件，則此選項將文件的本次打開操作和后續的I/O操作設置為非阻塞模式

下面三個標志也是可選的。它們是Single UNIX Specification（以及POSIX.1）中同步輸入和輸出選項的一部分：

• O_DSYNC　　使每次write等待物理I/O操作完成，但是如果寫操作并不影響讀取剛寫入的數據，則不等待文件屬性被更新
• O_RSYNC 使每一個以文件描述符作為參數的read操作等待，直到任何對文件同一部分進行的未完成寫操作都完成
• O_SYNC 使每次write都等待物理I/O操作完成，包括由write操作引起的文件屬性更新所需的I/O

mode參數僅在oflag參數指定了O_CREAT選項時才被使用，用來指定新文件的訪問權限位，這些標志在頭文件sys/stat.h中定義：

• S_IRUSR　　讀權限，文件屬主
• S_IWUSR　　寫權限，文件屬主
• S_IXUSR 執行權限，文件屬主
• S_IRGRP 讀權限，文件所屬組
• S_IWGRP 寫權限，文件所屬組
• S_IXGRP 執行權限，文件所屬組
• S_IROTH 讀權限，其他用戶
• S_IWOTH 寫權限，其他用戶
• S_IROTH 執行權限，其他用戶

有幾個因素會對文件的訪問權限產生影響。首先，指定的訪問權限只有在創建文件時才會使用。其次，用戶掩碼會影響到被創建的文件的訪問權限，也就是說，open給出的mode值與用戶掩碼的反值做AND運算后的結果，才是文件的真實訪問權限。由open返回的文件描述符一定是最小的未被使用的描述符數值。

creat函數

#include <fcntl.h>int creat(const char *pathname, mode_t mode);

也可以調用creat函數創建一個新文件，該函數等效于：open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode); 函數執行成功返回打開的文件描述符，否則返回-1。

creat的一個不足之處是它以只寫方式打開所創建的文件。

close函數

#include <unistd.h>int close(int filedes);

close函數關閉一個打開的文件，執行成功返回0，否則返回-1。

關閉一個文件時還會釋放該進程加在該文件上的所有鎖。當一個進程終止時，內核會自動關閉它所有打開的文件。

lseek函數

#include <unistd.h>off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence);

每個打開的文件都有一個與其相關聯的當前文件偏移量。它通常是一個非負整數，用以度量從文勁啊開始處計算的字節數。通常，讀、寫操作都從當前文件偏移量處開始，并使偏移量增加所讀寫的字節數。按系統的默認情況，當打開一個文件時，除非指定O_APPEND選項，否則該偏移量被設置為0。

可以調用lseek顯示地為一個打開的文件設置其偏移量。對參數offset的解釋與參數whence的值有關：

• 若whence是SEEK_SET，則該文件的偏移量設置為距文件開始處offset個字節。
• 若whence是SEEK_CUR，則該文件的偏移量設置為當前值加offset，offset可為正或負。
• 若whence是SEEK_END，則該文件的偏移量設置為文件長度加offset，offset可為正或負。

若lseek執行成功，則返回新的文件偏移量，否則返回-1。

通常，文件的當前偏移量應當是一個非負整數，但是，某些設備也可能允許負的偏移量。但對于普通文件，則其偏移量必須是非負值。因為偏移量可能是負值，所以在比較lseek的返回值時應當謹慎，不要測試它是否小于0，而要測試它是否等于-1。

lseek僅將當前的文件偏移量記錄在內核中，它并不引起任何I/O操作。然后，該偏移量用于下一個讀或寫操作。

文件偏移量可以大于文件的當前長度，在這種情況下，對該文件的下一次寫將加長該文件，并在文件中構成一個空洞，所有位于文件中但并沒有寫過的字節都被讀為0。

read函數

#include <unistd.h>ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes);

調用read函數從打開的文件中讀取數據，如果執行成功，則返回讀到的字節數，若已到文件末尾則返回0，出錯則返回-1。

write函數

#include <unistd.h>ssize_t write(int filedes, const void *buf, size_t nbytes);

調用write函數向打開的文件寫入數據。執行成功返回寫入的字節數，出錯則返回-1。

其返回值通常與參數nbytes的值相同，否則表示出錯。

下面是一個示例程序，用來演示底層I/O函數的用法。

 1 #include <unistd.h> 2 #include <sys/stat.h> 3 #include <fcntl.h> 4 #include <stdlib.h> 5  6 int main(void) 7 { 8     char block[4096]; 9     int in, out;10     int nread;11 12     in  = open("file.in", O_RDONLY);13     out = open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP);14     while ((nread = read(in, block, 4096)) > 0) {15         write(out, block, nread);16     }17 18     exit(0);19 }