Linux 系统级I/O

I/O是啥？

输入/输出（I/O）是主存和外部设备（例如磁盘驱动器、终端和网络）之间复制数据的过程。 输入操作是从I/O设备复制数据到主存，而输出操作是从主存复制数据到I/O设备。

Unix I/O

一个Linux文件就是一个m字节的序列。

• 打开文件。应用程序要求内核打开相应的文件，一次访问I/O设备。内核返回一个很小的非负整数，叫做描述符（fd），他在后续对此文件的所有操作中标识这个文件。内核记录有关这个打开文件的所有信息。应用程序只需记住这个标识符。
• shell创建的每个进程都需要打开三个文件：标准输入(fd=0)、标准输出(fd=1)、标准错误(fd=2)。
• 改变当前的文件位置。
• 读写文件。
• 关闭文件。

打开关闭

进程通过open函数打开一个已经存在的文件或者创建一个新文件

#include 
#include 
#include 
 
int open(char *filename,int flags,mode_t mode);
//返回：成功　返回文件描述符　　出错　返回－１

flags参数指明了进程访问文件的方式：

O_RDONLY:只读。
O_WRONLY:只写。
O_RDWR:可读可写。
O_CREAT:如果文件不存在，就创建它的一个截断的（空）文件。
O_TRUNC:如果文件已经存在，就截断它。
O_APPEND:在每次写操作前，设置文件位置到文件结尾处。
以上是常用的访问方式，并非全部。

mode参数指定了新文件的访问权限位：
S_IRUSR:使用者（拥有者）能够读这个文件。
S_IWUSR:使用者（拥有者）能够写这个文件。
S_IXUSR:使用者（拥有者）能够执行这个文件。
S_IRGRP:拥有者所在组的成员能够读这个文件。
S_IWGRP:拥有者所在组的成员能够写这个文件。
S_IXGRP:拥有者所在组的成员能够执行这个文件。
S_IROTH:其他者（任何者）能够读这个文件。
S_IWOTH:其他者（任何者）能够写这个文件。
S_IXOTH:其他者（任何者）能够执行这个文件。

进程通过close函数关闭一个打开的文件

#include 
int close(int fd);
//成功返回０　出错－１　关闭一个已经关闭的描述符会出错

读、写文件

#include 
 
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t n);
//成功　返回读的字节数　结束为０，出错为－１
 
ssize_t write(int fd,sonst　void *buf,size_t n);
//成功返回写的字节数　　出错为－１

IO重定向

＃include <unistd.h>
int dup2(int oldfd,int newfd);
//成功返回描述符，出错为－１

abcde.txt 

abcde

代码1：
ffiles1.c

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd1, fd2, fd3;
    char c1, c2, c3;
    char *fname = argv[1];
    fd1 = open(fname, O_RDONLY, 0);
    fd2 = open(fname, O_RDONLY, 0);
    fd3 = open(fname, O_RDONLY, 0);
    dup2(fd2, fd3);

    read(fd1, &c1, 1);
    read(fd2, &c2, 1);
    read(fd3, &c3, 1);
    printf("c1 = %c, c2 = %c, c3 = %c\n", c1, c2, c3);

    close(fd1);
    close(fd2);
    close(fd3);
    return 0;
}

因为：fd1、fd2、fd3三个文件描述符打开文件abcde.txt共享v-node表，但三个描述符指向的打开文件表不相同，分别为文件、文件2、文件3。

所以结果：

c1 = a, c2 = a, c3 = b

代码2：
ffiles2.c

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd1;
    int s = getpid() & 0x1;
    char c1, c2;
    char *fname = argv[1];
    fd1 = open(fname, O_RDONLY, 0);
    read(fd1, &c1, 1);
    if (fork()) {
	/* Parent */
	sleep(s);
	read(fd1, &c2, 1);
	printf("Parent: c1 = %c, c2 = %c\n", c1, c2);
    } else {
	/* Child */
	sleep(1-s);
	read(fd1, &c2, 1);
	printf("Child: c1 = %c, c2 = %c\n", c1, c2);
    }
    return 0;
}

结果：

Child：c1 = a, c2 = b
Parent：c1 = a, c2 = c

代码3：
ffiles3.c

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd1, fd2, fd3;
    char *fname = argv[1];
    fd1 = open(fname, O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR);
    write(fd1, "pqrs", 4);	

    fd3 = open(fname, O_APPEND|O_WRONLY, 0);
    write(fd3, "jklmn", 5);
    fd2 = dup(fd1);  /* Allocates new descriptor */
    write(fd2, "wxyz", 4);
    write(fd3, "ef", 2);

    close(fd1);
    close(fd2);
    close(fd3);
    return 0;
}

结果：

abcde.txt 

pqrswxyznef