• Unix系統(tǒng)的大多數(shù)文件I/O只需用到5個(gè)函數(shù)：open、read、write、lseek以及close
• 本章描述的函數(shù)經(jīng)常被稱為不帶緩沖的I/O。術(shù)語不帶緩沖指的是在用戶的進(jìn)程中對其不會自動(dòng)緩沖，每個(gè)read和write都調(diào)用內(nèi)核中的一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。但是，所有磁盤I/O都要經(jīng)過內(nèi)核的塊緩存區(qū)（也稱為內(nèi)核的緩沖區(qū)高速緩存）。唯一例外的是對原始磁盤設(shè)備的I/O。

• 對于內(nèi)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(gè)非負(fù)整數(shù)，其變化范圍是0~OPEN_MAX-1
• 慣例：幻數(shù)0、1、2分別為符號常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO

#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */ );
int openat(int fd, const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */ );
 Both return: file descriptor if OK, −1 on error

• oflag參數(shù)

  1. 以下5個(gè)常量必須指定一個(gè)且只能指定一個(gè)O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR、O_EXEC（只執(zhí)行打開）、O_SEARCH（只搜索打開，應(yīng)用于目錄，尚未支持）
  2. 下列常量則可選O_APPEND、O_CLOEXEC、O_CREAT（需要指定第3個(gè)參數(shù)mode）、O_EXCL、O_DIRECTORY、O_NOFOLLOW、O_NONBLOCK、O_SYNC、O_TRUNC

• open和openat函數(shù)返回的文件描述符一定是最小的未用描述符數(shù)值。這一點(diǎn)被某些應(yīng)用程序用來在標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出或標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤上打開新的文件。

• fd參數(shù)把open和openat函數(shù)區(qū)分開，共有3種可能性

  1. path參數(shù)指定的是絕對路徑名，則fd參數(shù)被忽略，openat函數(shù)相當(dāng)于open函數(shù)
  2. path參數(shù)指定的是相對路徑名，則fd參數(shù)指出了相對路徑名在文件系統(tǒng)中的開始地址。fd參數(shù)是通過打開相對路徑名所在的目錄來獲取
  3. path參數(shù)指定了相對路徑名，而fd參數(shù)具有特殊值AT_FDCWD，則路徑名在當(dāng)前工作目錄中獲取

• openat函數(shù)是POSIX.1最新版本中新增的一類函數(shù)之一，希望解決兩個(gè)問題：

  1. 讓線程可以使用相對路徑名打開目錄中的文件，而不再只能打開當(dāng)前工作目錄
  2. 可以避免time-of-check-to-time-of-use（TOCTTOU）錯(cuò)誤

• TOCTTOU錯(cuò)誤的基本思想是：

  指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資料與權(quán)限等狀態(tài)的檢查與使用之間，因?yàn)樘囟顟B(tài)在這段時(shí)間已發(fā)生改變所產(chǎn)生的軟件漏洞

• 文件名和路徑名截?cái)?/p>

#include <fcntl.h>
int creat(const char *path, mode_t mode);
 Returns: file descriptor opened for write-only if OK, −1 on error

• 等效于 open( path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode );
• creat的一個(gè)不足之處是它以只寫方式打開所創(chuàng)建的文件

#include <unistd.h>
int close(int fd);
 Returns: 0 if OK, −1 on error

• 關(guān)閉一個(gè)文件時(shí)會釋放該進(jìn)程加在該文件的所有記錄鎖
• 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程終止時(shí)，內(nèi)核自動(dòng)關(guān)閉它所有的打開文件

#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
 Returns: new file offset if OK, −1 on error

• 每個(gè)打開文件（通過open）都有一個(gè)與其關(guān)聯(lián)的“當(dāng)前文件偏移量”。它通常是一個(gè)非負(fù)整數(shù)（有可能為負(fù)），用于度量從文件開始處計(jì)算的字節(jié)數(shù)。
• offse參數(shù)的解釋與whence參數(shù)的值有關(guān)：SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END
• 若lseek執(zhí)行成功，返回新的文件偏移量，故可通過 lseek( fd, 0, SEEK_CUR ); 確定當(dāng)前偏移量
• 可用來確定所涉及的文件是否可以設(shè)置偏移量，管道、FIFO或網(wǎng)絡(luò)套接字不可以，lseek返回-1，errno被設(shè)置為ESPIPE
• 名字中的l是在引入off_t類型之前，offset參數(shù)和返回值都是long

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);
 Returns: number of bytes read, 0 if end of file, −1 on error

• 讀操作從文件的當(dāng)前偏移處開始，在成功返回之前，該偏移量將增加實(shí)際讀到的字節(jié)數(shù)
• 多種情況下使得讀到的字節(jié)數(shù)少于要求讀的字節(jié)數(shù)

  1. 讀普通文件時(shí)，到達(dá)文件尾端
  2. 從終端設(shè)備讀時(shí)，通常一次最多讀一行
  3. 從網(wǎng)絡(luò)讀時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的緩沖機(jī)制可能造成返回值小于所要求讀的字節(jié)數(shù)
  4. 從管道或FIFO讀時(shí)，如若管道包含的字節(jié)少于所需的數(shù)量，那么read將只返回實(shí)際可用的字節(jié)數(shù)
  5. 從某些面向記錄的設(shè)備（如磁帶）讀時(shí)，一次最多返回一個(gè)記錄
  6. 當(dāng)一信號造成中斷，而已經(jīng)讀了部分?jǐn)?shù)據(jù)量時(shí)

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);
 Returns: number of bytes written if OK, −1 on error

• 其返回值通常與參數(shù)nbytes的值相同，否則表示錯(cuò)誤。
• 對于普通文件，寫操作從文件的當(dāng)前偏移處開始。如果在打開文件時(shí)，指定了O_APPEND選項(xiàng)，則在每次寫操作之前，將文件偏移量設(shè)置在文件的當(dāng)前結(jié)尾處

• 大多數(shù)文件系統(tǒng)為改善性能都采用某種預(yù)讀技術(shù)

• 內(nèi)核使用3種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示打開文件，它們之間的關(guān)系決定了在文件共享方面一個(gè)進(jìn)程對另一個(gè)進(jìn)程可能產(chǎn)生的影響

• 左邊：進(jìn)程級的文件描述符表

  1. 文件描述符標(biāo)志，目前只有一個(gè)FD_CLOEXEC
  2. 指向一個(gè)文件表項(xiàng)的指針

• 中間：系統(tǒng)級的打開文件表：每次調(diào)用open打開一個(gè)文件新增一個(gè)文件表項(xiàng)（不同進(jìn)程可打開同一個(gè)文件，導(dǎo)致多個(gè)文件表項(xiàng)）

  1. 文件狀態(tài)標(biāo)志（讀、寫、添寫、同步、非阻塞等，受open時(shí)指定的oflag參數(shù)影響，也可通過fcntl函數(shù)指定FD_SETFL改變）
  2. 當(dāng)前文件偏移量
  3. 指向該文件v節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)的指針

• 右邊：文件系統(tǒng)級的i-node表

  1. i節(jié)點(diǎn)包含文件的相關(guān)信息，如文件的所有者、文件長度、指向文件實(shí)際數(shù)據(jù)塊在磁盤上所在位置的指針等。
  2. linux沒有v節(jié)點(diǎn)，而是采用了一個(gè)通用i節(jié)點(diǎn)。無論是v節(jié)點(diǎn)還是通用i節(jié)點(diǎn)，它們都是指向一個(gè)與文件系統(tǒng)相關(guān)的i節(jié)點(diǎn)

• 其他

  1. 完成write之后，文件表項(xiàng)的當(dāng)前文件偏移量增加所寫入的字節(jié)數(shù)。如果這導(dǎo)致當(dāng)前文件偏移量超出了文件長度，則將i節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)中的當(dāng)前文件長度設(shè)置為當(dāng)前文件偏移量
  2. 如果通過O_APPEND標(biāo)志打開一個(gè)文件，則相應(yīng)標(biāo)志會設(shè)置到文件表項(xiàng)的文件狀態(tài)標(biāo)志中。每次執(zhí)行寫操作之前，當(dāng)前文件偏移量會首先被設(shè)置為i節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)中的文件長度
  3. lseek函數(shù)只修改文件表項(xiàng)中的當(dāng)前文件偏移量，不進(jìn)行任何I/O操作。
  4. 注意：文件描述符標(biāo)志只作用于一個(gè)進(jìn)程的一個(gè)文件描述符，而文件狀態(tài)標(biāo)志則作用于指向該文件表項(xiàng)的任何進(jìn)程中的所有描述符

• 先lseek再write，不等價(jià)于，指定了O_APPEND的write

• 對open函數(shù)指定O_CREAT和O_EXCL

• 函數(shù)PRead、pwrite

#include <unistd.h>
ssize_t pread(int fd, void *buf, size_t nbytes, off_t offset);
 Returns: number of bytes read, 0 if end of file, −1 on error
ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t nbytes, off_t offset);