1 文件描述符

文件描述符是一个非负整数。当打开一个现有文件或创建一个新文件时,内核向进程返回一个文件描述符。将其作为参数传送给 read 或 write等操作。

UNIX 系统 shell 使用文件描述符 0 与进程的标准输入相关联,文件描述符 1 与进程的标准输出相关联,文件描述符 2 与进程的标准出错输出相关联。

2 不带缓冲的 I/O 函数

术语不带缓冲指的是每个 read 或 write 都调用内核中的一个系统调用，即user态不存在缓冲区存在。

2.1 open 函数 

#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int oflag, ... /* mode_t mode */);

#include <fcntl.h>  
int open(const char *pathname, int oflag, ... /* mode_t mode */); 

对于 open 函数而言,仅当创建新文件时才使用第三个参数。

pathname 是要打开或创建文件的名字。

oflag 参数用于说明此函数的多个选项。用下列一个或多个常量进行“或”运算构成 oflag 参数(这些常量定义在 <fcntl.h> 头文件中)。

　　O_RDONLY　　只读打开

　　O_WRONLY　　只写打开

　　O_RDWR 　　读、写打开

这三个常量中必须指定一个且只能指定一个。下列常量则是可选的:

　　O_APPEND　　每次写时都追加到文件的尾端。

　　O_CREAT　　若文件不存在,则创建它。使用此选项时,需要第三个参数 mode,用于指定该新文件的访问权限位。

　　O_EXCL　　如果同时指定了O_CREAT,而文件已经存在,则会出错。用此可以测试一个文件是否存在,如果不存在,则创建此文件。

　　O_TRUNC　　如果此文件存在,而且为只写或者读写成功打开,则将其长度截短为 0.

　　O_NOCTTY　　如果 pathname 指的是终端设备,则不将该设备分配为此进程的控制终端。

　　O_NONBLOCK　　如果指的是一个 FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件,则此选项为文件的本地打开操作和后续的 I / O 操作设置非阻塞模式。

mode 参数，当指定了O_CREAT 选项时起作用

open 函数的 oflag 参数还支持三个可选常量，用来解决多线程之间的read，write同步操作

　　O_DSYNC　　使每次 write 等待物理 I/O 操作完成，但是，如果写操作并不影响读取刚写入的数据,则不等待文件属性被更新。

　　O_RSYNC　　使每一个以文件描述符作为参数的 read 操作等待,直至任何对文件同一部分进行的未决写操作都完成。

　　O_SYNC　　使每次 write 都等待物理 I/O 操作完成,包括由 write 操作引起的文件属性更新所需的I/O。

当文件用O_DSYNC 标志打开时,在重写其现有的部分内容时,文件时间属性不会同步更新。与此相反,如果文件是用O_SYNC 标志打开时,那么对该文件的每一次 write 操作都将在 write 返回之前更新文件时间。

2.2 close 函数

#include <unistd.h>  
int close(int filedes);  

#include <unistd.h>
int close(int filedes);

2.3 read 函数

调用 read 函数从打开的文件中读数据。

#include <unistd.h>  
ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes);  

#include <unistd.h>
ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes);

2.4 write 函数

调用 write 函数想打开的文件写数据。

#include <unistd.h>  
ssize_t write(int filedes, const void *buf, size_t nbytes);  

#include <unistd.h>
ssize_t write(int filedes, const void *buf, size_t nbytes);

对于32位系统来说，每一个块大小是4K，因此当一次写入数据大小是4K的倍数时，理论上写入操作花费时间最短。如果每次写入小于4K，写入内容越少，与内核交互越多(user态到kernel态)，花费时间越多！

2.5 lseek 函数

调用 lseek 显示地为一个打开的文件设置其偏移量。

#include <unistd.h>  
off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence);  

#include <unistd.h>
off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence);

• 若 whence 是SEEK_SET,则将该文件的偏移量设置为距离文件开始处offset 个字节。

• 若 whence 是SEEK_CUR,则将该文件的偏移量设置为其当前值加 offset,offset 可为正或负。

• 若 whence 是SEEK_END,则将该文件的偏移量设置为文件长度家 offset,offset 可为正或负。

管道、FIFO 和网络套接字都不支持设置偏移量,如果一个文件描述符引用的是这三者之一,则 lseek 函数返回 -1,并将 errno 设置为 ESPIPE。

文件偏移量可以大于文件的当前长度,在这种情况下,对该文件的下一次写将加长该文件,并在文件中构成一个空洞。位于文件中但没有写过的字节都被读为 0.

2.6 pwrite，pread 函数

原子操作，避免出现位置定位偏移。

ssize_t pread(int fd,void *buf,size_t nbytes,off_t offset);   
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes,off_t offset);   

ssize_t pread(int fd,void *buf,size_t nbytes,off_t offset); 
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes,off_t offset); 

2.7 dup，dup2 函数

复制一个文件描述符。

#include<unistd.h>  
int dup（int fd）；  
int dup2（int fd1，int fd2）

#include<unistd.h>
int dup（int fd）；
int dup2（int fd1，int fd2）

2.7 sync，fsync，fdatasync函数

sync： void sync(void)将所有修改过的块缓冲区排入队列(不等待写入磁盘)
fsync：int fsync(int fd) 将fd修改排入队列，写入磁盘后返回，并更新文件属性
fdatasync：int fdatasync(int fd)与fsync类似，但是不更新文件属性