第三章 文件I/O

1. 文件描述符
- Unix 系统 shell 把文件描述符 0 与进程的标准输入关联，文件描述符 1 与标准输出关联，文件描述符 2 与标准错误关联；
- 上述 0、1、2 使用时应该替换为符号常量 STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 和 STDERR_FILENO；
- 文件描述符的变化范文是 0 ~ OPEN_MAX - 1；

2. open 和 openat
- 原型：
int open(const char *path, int oflag, …);
int openat(int fd, const char *path, int oflag, …);
- path 参数是要打开或创建文件的名字；
- oflag参数可用来说明此函数的多个选项（oflag参数之间用 “|” 连接）；
- open 和 openat 返回的文件描述符一定是最小的未用描述符数值；
- fd 参数：
1） path参数指定的是绝对路径名，fd被忽略，此时俩原型一样；
2） path参数指定的是相对路径名，fd参数表示相对路径名在文件系统中的开始地址；
3） path参数指定的是相对路径名，fd参数具有特殊值AT FDCWD，此时，路径名在当前工作目录中获取；

3. 函数creat
- 原型：
int creat(const char *path, mode_t mode);//成功返回文件描述符，失败返回-1
open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

4. 函数 close
- 原型：
int close (int fd);
- 当一个进程终止时，内核自动关闭它所有的打开文件。

5. 函数 lseek
- 原型：
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);//成功返回新的文件偏移量，失败返回-1；
- 功能：显式地为一个打开文件设置偏移量；
- 参数whence：
1） 若whence为SEEK_SET，则偏移量为距文件开始处offset个字节；
2） 若whence为SEEK_CUR，则偏移量为其当前值加offset，offset可正可负；
3） 若whence为SEEK_END，则偏移量为文件长度加offset，offset可正可负；
- 确定打开文件的当前偏移量的方式(也可用来确定所涉及的文件是否可以设置偏移量)：
off_t currpos;
currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
- 通常情况下，对于普通文件来讲，偏移量必须是非负值。但由于有些文件允许偏移量为负，所以在判断偏移量是否设置成功时，我们需要判断的是返回值是否等于-1，而非是否小于零。
- 空洞：当文件的偏移量大于文件的当前长度，下一次的写操作将加长该文件，并在文件中构成一个空洞。我的理解是“先占个地”，也就是用空洞来占位置，保证下一次写入是在我们预期的地方。另外，空洞文件可以用来保证多线程的顺利进行，因为这个“占位置”的作用，使同一个任务可以分段写入。

6. 函数 read
- 原型：
ssize_t read ( int fd, void *buf, size_t bnytes);//返回值为读到的字节数，若到文件尾，返回零，出错返回-1；

7. 函数 write
- 原型：
ssize_t write ( int fd, const void *buf, size_t bnytes);//成功返回已写字节数，出错返回-1

8. 内核用三种数据结构表示打开文件
1） 每个进程在进程表中有一个记录项，记录项中包含一张打开文件描述符表；
2） 内核为所有打开文件维持一张文件表；
3） 每个打开文件都有一个v节点（v-node）结构，v 节点包含了文件类型和对此文件进行各种操作函数的指针。（Linux中使用的是i节点，概念相同）


9. 原子操作
- 所谓原子操作，指的是一个操作或者一个操作集合，该操作要么执行完，要么不执行；
- 原子操作能够有效避免很多操作间的冲突，比如对文件的修改，如果两个进程对一个文件同时进行操作，或者操作时间差不太多，很有可能出现前一个进程的操作被强行覆盖掉，或者偏移量已经被另一个进程修改之类的错误。
- 函数 pread = lseek + read；但 pread 就是原子操作，一旦调用，无法中断，并且 pread 不更新当前文件偏移量。（ pwrite 同理）

10. 函数 dup 和 dup2
- 原型：
int dup ( int fd);
int dup2 ( int fd, int fd2 );
- 作用：复制一个现有的文件描述符；
- dup 返回的是当前可用文件描述符中的最小数值，而 dup2 可以给定新的描述符的值；
- 如果 fd2 已经被占用，则先关闭 fd2（dup2是原子操作，而且可以关别的文件，感觉有点强势）；

11. 延迟写
- 延迟写，就是建立一个缓冲区，把写入数据存储到一定程度，一次性写入，避免过于频繁的调用I/O（类似于printf的输出缓冲区）；
- sync 函数：将所有修改过的块缓冲区排入写队列，然后返回；
- fsync 函数：只对fd指定的一个文件起作用，并且等到磁盘操作结束才返回；
- fdatasync 函数：同 fsync ，但只影响数据，不同步更新文件属性。

12. 函数 fcntl
- 功能：
1） 复制一个已有的描述符；
2） 获取/设置文件描述符标志；
3） 获取/设置文件状态标志；
4） 获取/设置异步I/O所有权；
5） 获取/设置记录锁；
- 注：修改文件描述符标志或文件状态标志时，先要获得现在的标志值，然后修改，最后设置新的标志值。否则会关闭以前设置的标志位。

13. /dev/fd
- 打开 /dev/fd/n 相当于复制描述符 n。