系统级I/O

系统级 I/O      

     输入/输出（I/O）是在主存和外部设备（如磁盘驱动器、终端和网络）之间拷贝数据的过程。输入操作是从I/O设备拷贝数据到主存，而输出操作是从主存拷贝数据到I/O设备。

     所有语言运行时系统都提供执行I/O的较高级别的工具。大多数的时候，高级别的I/O函数工作良好，没有必要直接使用Unix I/O。但是学习Unix I/O自然有其好处：

     1：了解Unix I/O将帮助你理解其他的系统的概念；

     2：有时候你除了使用Unix I/O以外别无选择。

     在系统级 I/O这章中，介绍了Unix I/O和标准 I/O的一般概念，展示了在C程序中如何可靠地使用它们。

10.1  Unix I/O

     一个Unix文件就是一个m字节的序列：

                                    B0，B1，...Bk,...,B(m-1)

    所有的I/O设备，如网络、磁盘和终端，都被模型化为文件，而所有的输入和输出都将被当做对应文件的读和写来执行。这种将设备优雅地映射为文件的方式，允许Unix内核引出一个简单、低级的应用接口，称为Unix I/O，这使得所有的输入和输出都能以一种统一而且一致的方式来执行：

    打开文件：

               一个应用程序通过要求内核打开相应的文件，来宣告它想要访问一个I/O设备。

               Unix外壳创建的每个进程开始时都有三个打开的文件：

                                                                               标准输入、标准输出、标准错误

    改变当前的文件的位置：

             对于每个打开的文件，内核保持着一个文件位置K，初始为0

    读写文件：

            一个读操作就是从文件拷贝n>0个字节到存储器，从当前文件位置K开始，然后将k增加到k+n.

    关闭文件：

            当应用完成了对文件的访问之后，它就通知内核关闭这个文件。

10.2打开和关闭文件

    进程是通过调用open函数来打开一个已存在的文件或者创建一个新文件的：

     open函数将filename转换为一个文件描述符，并且返回描述符数字。返回的描述符总是在进程中当前没有打开的最小描述符。

     flags参数指明了进程打算如何访问这个文件：

             O_RDONLY:只读

             O_WEONLY:只写

             O_RDWR:可读可写

     flags参数也可以是一个或者多个位掩码的或，为写提供给一些额外的提示：

             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:在每次写操作之前，设置文件位置到文件的结尾处。

     最后，进程通过调用close函数关闭一个打开的文件。

     关闭一个已经关闭的描述符会出错。

10.3读和写文件

     应用程序是通过分别调用read和write函数来执行输入和输出的。

     read 从描述符位为fd的当前文件位置拷贝最多n个字节到存储位置buf。返回值-1表示一个错误，而返回值0表示EOF。

     否则，返回值表示的是实际传送的字节数量。

     write函数从存储位置buf拷贝至多n个字节到描述符fd的当前文件的位置。

     通过调用lseek函数，应用程序能够显示地修改当前文件的位置。

     ssize_t和size_t有些什么区别？

           在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少。这些不足值不表示有错误。出现这种情况的原因如下：

                     1.读时遇到EOF

                     2.从终端读文本行

                     3.读和写网络套接字

     实际上，除了EOF，你在读磁盘文件时，将不会遇到不足值，而且，在写磁盘文件时，也不会遇到不足值。然而，如果你想创建健壮的（可靠的）诸如Web服务器这样的网络应用，就必须通过反复调用read和write处理不足值，直到所有需要的字节都传送完毕。

10.4用RIO包健壮地读写

    RIO包提供了方便、健壮和高效的I/O。RIO提供了两类不同的函数：

           无缓冲的输入输出函数：

                     这些函数直接在存储器和文件之间传送数据，没有应用级缓存。

                     它们对将二进制数据读写写到网络和从网络读写二进制数据尤其有用。

           带缓冲的输入函数：

                     这些函数允许你高效地从文件中读取文本行和二进制数据，这些文件的内容缓存在应用缓冲区内，类似于为像printf这样的标准I/O函数提供的缓冲                 区。

    RIO例程有两个原因：

                  1、我们开发的网络应用中使用了它们；

                  2、通过学习，将从总体上对Unix I/O有更深入的了解。

 10.4.1 rio的无缓冲的输入输出函数

                通过调用rio_readn和rio_writen函数，应用程序可以在存储器和文件之间直接传送数据。

10.4.2rio的带缓冲的输入函数

                一个文本行就是一个由换行符结尾的ASCII码字符序列。

                在Unix系统中，换行符（‘\n’）与ASCII码换行符（LF）相同，数字值为0X0a.

10.5读取文件元数据

          应用程序能够通过调用stat和fstat函数，检索到有关文件的信息。

            stat函数以一个文件名作为输入。fsata函数是相似的，只不过是以文件描述符而不是文件名作为输入。

            在11.5节中讨论web服务器，会需要stat数据结构中的st_mode和st_size成员，其他成员则不再我们的讨论范围之内。

           st_size成员包含了文件的字节数大小。st_mode成员则编码了文件访问许可位和文件类型。

           Unix识别大量不同的文件类型。普通文件包括某种类型的二进制或文本数据。

           对于内核而言，文本文件和二进制文件毫无区别。目录文件包含关于其他文件的信息。

           套接字是一种用来通过网络与其他进程通信的文件

           Unix提供的宏指令st_mode成员来确定文件的类型。P605

10.6共享文件         

           可以用许多不同的一个方式来共享Unix文件。除非你跟清楚内核是如何表示打开的文件，否则文件共享的概念相当难懂。内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件：

             描述符表：

                       每个进程都有它独立的描述符表，它的表项是由进程打开的文件描述符来索引的。每个打开的描述符表项指向文件表中的一个表项。

             文件表：
                       打开文件的集合是由一张文件表来表示的、所有的进程共享这张表。

            v-node表：

                       同文件表一样，所有的进程共享这张v-node表。每个表项包含stat结构中的大多数信息，包括st_mode和st_size成员。