Linux文件I/O
下面的内容需要了解系统调用，可看下面的链接：
系统调用来龙去脉-CSDN博客
1.底层文件IO和标准IO
这里指的是操作系统提供的IO服务，不同于ANSI建立的标准IO。
底层IO和标准IO各自所使用的函数：
区别：
1.底层文件IO不带用户级缓存，称为unbuffered I/O，每次操作都会执行相关系统调用，这一过程系统消耗资源大，而且时间也比较长。
而标准IO则带有三种缓冲机制，可以对缓冲区进行访问，必要时再访问实际文件，也就是说这时才会执行系统调用，减少了开销。
（1）全缓存
当填满I/O缓存后才进行实际I/O操作
（2）行缓存
当在输入和输出中遇到新行符(‘\n’)时，进行I/O操作。
当流遇到一个终端时，典型的行缓存。
（3）不带缓存
标准I/O库不对字符进行缓冲，例如stderr。
2.底层I/O特定于操作系统，只能在某些操作系统才能使用，而标准IO具有一定的移植性，只要有标准IO库就能使用。
但也不是说标准I/O一定比底层I/O好，因为缓冲的机制，我们必须时刻注意内容是否已经被冲刷过去，也就是说内容可能还在缓冲里存着，必须掌握这一缓冲机制，程序才能向我们想象的目标去完成。
2.文件描述符的介绍
Linux系统一切皆文件，Linux操作系统不区分套接字和文件。
Linux操作系统给文件或套接字分配整数，用来标识文件或者套接字，称为文件描述符（File descriptor）。因此，程序中套接字可以像文件一样来进行输入输出。
实际上，标准输入输出及标准错误在Linux中也配分配文件描述符。
文件和套接字一般经过创建过程才会被分配文件描述符。而标准输入输出及标准错误即使未经过特殊的创建过程，程序开始运行后也会被自动分配文件描述符。如下：
3.底层文件I/O函数
为了方便我们查看下面的函数调用具体发生那些错误，可看下面的链接：
errno变量和显示错误信息-CSDN博客
（1）打开文件
int open(const char *pathname,int flags);
int open(const char *pathname,int flags,mode_t mode);
//path 文件名的字符串地址，保存的是目标文件及路径信息
//flags 文件打开模式信息
//mode 文件的权限
//成功返回文件描述符，失败时返回-1，同时errno变量被设置。flags 有以下的几个值：
| O_RDONLY | 只读打开 |
| O_WRONLY | 只写打开 |
| O_RDWR | 读写打开 |
| O_CREAT | 必要时创建文件 |
| O_TRUNC | 删除文件全部现有内容，从头开始写入 |
| O_APPEND | 维持文件现有内容，在内容末尾追加 |
| O_EXCL | 如果文件存在则出错，和O_CREAT搭配使用 |
| O_NONBLOCK | 设置为非阻塞模式 |
打开模式参数可以通过位或运算符 ” | " 组合传递。
另外创建文件时，可能需要指定文件权限。
mode为四位八进制的数，例如mode=0644，第一个0表示八进制，文件权限根据后三位为你想要设置该文件的权限，它会与umask取反后的数相与，得到的最终结果为文件的权限。
文件权限=mode&~umask
umask通过命令umask可以查看：
（2）关闭文件
int close(int fd);
//fd 需要关闭的文件描述符，
//fd含义即上面说的file descriptor文件描述符
//成功时返回0，失败时返回-1,同时errno变量被设置。（3）传输数据
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t count);
//fd 要写入对象的文件描述符
//buf 要写入数据的缓存地址值
//count 要写的字节数
//成功时返回写入的字节数，失败返回-1，同时errno变量被设置。
//通过此函数向fd指定的文件或者套接字写入buf里nbytes个字节的数据
后缀_t意味着type/typedef(类型)，是一种命名规范。
size_t是通过typedef声明的unsigned int类型，表示字节数不能为负，
size中文意思尺寸大小，不能为负
ssize_t在size_t的前面加了s，表示ssize_t是通过typedef声明的signed int类型
（4）读取数据（read函数）
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbytes)；
//fd 需要读取数据对象的文件描述符
//buf 接收数据的缓冲地址值
//nbytes 要接受数据的最大字节数
//实际读取的字节数可能小于nbytes要求的字节数
//成功时返回接收的字节数，失败时返回-1，同时errno变量被设置。
//通过此函数将fd指定的文件或套接字读取nbytes个字节到buf里面（5）移动读写指针
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
//fd 文件描述符
//offset 距离whence的偏移量
//whence 有三个参数选择:
//SEEK_SET:文件的头部
//SEEK_CUR:当前文件流指针的位置
//SEEK_END：文件的尾部
//通过此函数将读写指针移动到相应的位置，注意上面的write和read函数都是从指针处开始执行的
//例如下面的代码如果将lseek函数注释掉，则buf2里面没有读取到fd里面的数据。
//因为我们写完指针在fd文件里面的末尾，而末尾后面根本没有字节可以读取
//当lseek执行成功时，它会返回最终以文件起始位置为起点的偏移位置。如果出错，则返回-1，同时errno被
//设置为对应的错误值。简单的示例代码：
//low_io.c
#include
#include
#include
#include
void error_handling(const char *message)
{
fputs(message,stderr);
fputc('\n',stderr);
exit(1);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
char buf1[]="hello,world";
char buf2[20];
int fd=open("data666.txt",O_RDWR|O_TRUNC);
if(fd==-1)
error_handling("open error!\n");
printf("file descriptor is %d\n",fd);
int len1=0;
int len2=0;
if((len1=write(fd,buf1,sizeof(buf1)))==-1)
error_handling("write error!");
printf("write len is %d\n",len1);
lseek(fd,0,SEEK_SET);
if((len2=read(fd,buf2,sizeof(buf2)))==-1)
error_handling("read error!");
printf("read len is %d\n",len2);
fputs(buf2,stdout);
fputc('\n',stdout);
close(fd);
return 0;
} 结果：
4.验证深入文件I/O和标准I/O
先分别用标准I/O和文件I/O分别写一个程序，该程序复制一个文件。
标准I/O:
//stdcopy.c
#include
#include
#include
int main(int argc,char *argv[])
{
if(argc!=3)
{
printf("\n");
exit(1);
}
FILE* fp1=fopen(argv[1],"r");
if(!fp1)
{
perror("cp1.txt open failed");
exit(1);
}
FILE* fp2=fopen(argv[2],"w");
if(!fp2)
{
perror("cp2.txt open failed");
exit(1);
}
while(1)
{
int ch=fgetc(fp1);
if(ch==-1)
{
printf("end of file\n");
break;
}
fputc(ch,fp2);
}
return 0;
} 文件I/O:
//filecopy.c
#include
#include
#include
#define N 1
char buf[N];
int main(int argc,char *argv[])
{
if(argc!=3)
{
printf("\n");
exit(1);
}
int fd1=open(argv[1],O_RDONLY);
if(fd1==-1)
{
perror("fd1 open failed");
exit(1);
}
int fd2=open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC);
if(fd1==-1)
{
perror("fd2 open failed");
exit(1);
}
int readLen=0;
while(readLen=(read(fd1,buf,N)))
{
if(readLen==-1)
{
perror("read error");
exit(1);
}
write(fd2,buf,N);
}
return 0;
}
使用这两个文件拷贝一个超大的文件，可以发现文件I/O将会比标准I/O慢。
下面深入理解这俩的差别。
内核到磁盘的相互读写有内核自己的一个算法，我们只要把文件内容写到内容或者从内核读取内容，就相当于和磁盘做了数据交换。
而应用程序到内核，需要系统调用。系统调用，用户态到核心态，核心态到用户态这个过程消耗资源会非常大，时间消耗也会非常长。
文件I/O每一次操作都需要这样的一个过程，我们输入命令：
sudo yum -y install strace然后输入命令，运行filecopy.c文件编译完成的可执行程序filecopy：
strace ./filecopy 文件1 文件2发现：
而标准I/O它自带一个缓冲，它先把要写的内容先写到自己的内存，直到写满了它才使用系统调用把内容写到内核中去。
输入命令，运行stdcopy.c编译完成的可执行程序stdcopy：
结果是发现它只执行了一次系统调用。