LINUX系统编程--2 系统IO

二 系统IO（文件IO）

贯穿文件IO的是文件描述符，而贯穿标准IO的是FILE指针（也可以说是流）

本章内容：
文件描述符的概念
文件IO的操作：open close read write lseek
文件IO与标准IO的区别
IO的效率问题
文件共享问题
原子操作
程序中得到重定向：dup和dup2
同步：sync、fsync
fcntl（）；
ioctl（）；
/dev/fd/目录

1 文件描述符的概念

见P60

理清PCB进程控制块，进程表项，文件描述符，文件表项，V节点，i节点之间的关系

2 文件IO的操作

open需要注意的是：

1、要包含

#include
#include
#include

2、open的时候，与标准IO的打开方式的联系为：

其他的以此类推！

3、open函数的函数原型在man有两种形式，一种是有两个参数，一个是有三个参数。

当用open创建一个文件时，就要使用三个参数的原型形式，第三个参数来确定创建的文件的权限。
（这里需要注意的是，C中没有函数重载，这里的open是变参函数！变参函数可以传多个参数，没有固定。常见的printf等都是变参函数）

第三个参数依然是与umask相结合从而确立所创建文件的权限！

read/write/lseek

//mycpy.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define BUFFSIZE 1024
//代码说明
// copy 一个文件到另外一个文件

int main(int argc,char **argv)
{
    int sfd,dfd;
    int len;
    int ret;
    int pos;
    char * buf[BUFFSIZE];
    if(argc<3)
    {
        fprintf(stderr,"Uage:too less arg");
        exit(1);
    }
    sfd=open(argv[1],O_RDONLY);
    if(sfd<0)
    {
        perror("open error1");
        exit(1);
    }
    dfd=open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0600);
    if(dfd<0)
    {   
        close(sfd);   //注意这个地方！！！
        perror("open error");
        exit(1);
    }

    while(1)
    {
        len =read(sfd,buf,BUFFSIZE);
        if(len<0)
        {
            perror("read error");
            break;
        }
        if(len==0)
        {
            break;
        }

        pos=0;
        while(len>0)  //防止写的字节小于读到的字节数，解决方法，继续读！
        {
            ret=write(dfd,buf+pos,len);

            if(ret<0)
            {
             perror("write error");
                exit(1);
            }
            pos+=ret;
            len-=ret;
        }
    }

    close(dfd);
    close(sfd);
    exit(0);
}

3 标准IO与文件IO的区别

区别：响应速度上（文件IO快），吞吐量上（标准IO大）
一个问题：如何使一个程序变快？

两者区别主要是缓冲区的存在！！

尽量使用标准IO！！

标准IO与文件IO两者不可混用！
补充两个函数：fileno和fdopen，可以将流和文件描述符相互转换。即使可以相互转换，但是两者还是不能混用！

4 IO的效率问题

一个小实验：
在执行的程序前加一个time，可以得到程序运行的时间。第一行是真实时间，第二行是在用户区执行的时间，第三行是系统调用花的时间。

实验：
在mycpy.c程序中更换缓冲区buf的大小，BUFSIZE从128到16M，依次增大2倍，做出一张表，来查看系统所消耗的时间的不同！找到性能最大的拐点以及BUFSIZE多大程序会出问题（段错误）。

5 文件共享

文件共享指的是：多个任务共同操作一个文件或者协同完成任务。

面试：写程序删除一个文件的第十行。
思路1：在同一个程序中找那个打开一个文件两次，得到两个不一样的文件描述符，分别定位到11行和10行。然后进行循环读写（读写操作会自动更新文件的偏移量）。
这里需要注意的是，一个文件打开一个文件两次，得到的两个文件描述符指向的文件表项是不一样的，也就是说，他们有各自的文件偏移量，不会共享（这是与dup的区别）；但是因为打开的是同一个文件，他们的指向的V节点一定是一样的。（详见 P61）

思路二：多进程和多线程

补充函数：truncate和ftruncate，进行文件的截断。

6 dup和dup2

dup和dup2
第一个需要注意的是，这是赋值文件描述符的两个函数，复制后，两个文件描述符的指向的文件表项是相同的，也就是说共享文件偏移量。

第二个需要注意的是，dup2的一些小细节，见man dup2

7 一点设计模式

写程序，注意三个地方
1 特别注意内存泄漏
2 特别注意数据溢出、越界
3 要有宏观编程思想，把main函数当做是编写模块。因此编写完要使使用到的资源回归到原来的位置（最简单的例子是，程序中我们自行关闭的标准输入输出，要重新打开）。

8 同步sync、fsync

同步内核层面的缓存和磁盘。注意这里是指的是内核层面的。与fflush是不一样的。

9 fcntl函数

管家函数，参数不一样，返回值也不一样
文件描述符所变得魔术几乎都来源于该函数

10 ioctl函数

设备相关的内容
（一切皆文件设计思想的牺牲者）

11 /dev/fd目录

是一个虚目录，显示的是当前进程的文件描述符信息，谁打开这个目录，看到的就是这个进程的文件描述符信息。

比如：
ls -l /dev/fd ，得到的就是ls的这个进程的文件描述符信息；
在程序中打开这个文件，就会得到程序运行起来的这个进程的。