文件I/O

Linux顶层目录结构：

/              根目录
├── bin     存放用户二进制文件
├── boot    存放内核引导配置文件
├── dev     存放设备文件
├── etc     存放系统配置文件
├── home    用户主目录
├── lib     动态共享库
├── lost+found 文件系统恢复时的恢复文件
├── media   可卸载存储介质挂载点
├── mnt     文件系统临时挂载点
├── opt     附加的应用程序包
├── proc    系统内存的映射目录，提供内核与进程信息
├── root    root 用户主目录
├── sbin    存放系统二进制文件
├── srv     存放服务相关数据
├── sys     sys 虚拟文件系统挂载点
├── tmp     存放临时文件
├── usr     存放用户应用程序
└── var     存放邮件、系统日志等变化文件

文件操作一般用到5个函数：

open、read、write、lseek、close

对于内核而言，所有打开的文件都通过文件描述符（非负整数）引用。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。

当读写一个文件时，用open或creat返回一个文件描述符标识该文件，将其所为参数传给read或write。

UNIX系统shell使用文件描述符0、1、2分别与进程的标准输入、标准输出、标准错误输出相关联。

在依从POSIX的应用程序中，幻数0、1、2应替换成符号常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO，定义在头文件<unistd.h>中。

/dev/fd/的目录其目录项是名为0，1，2等文件，打开文件/dev/fd/n相当于复制描述符n。

fd = open("/dev/fd/0", mode)等效于fd ＝ dup(0)

open函数

oflag常量包含：O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR、O_APPEND、O_CREAT等。

lseek函数

设置当前文件偏移量。

whence值为：

SEEK_SET  以文件开头为锁定的起始位置。0

SEEK_CUR 以目前文件读写位置为锁定的起始位置。1

SEEK_END 以文件结尾为锁定的起始位置。2

read函数

因为read和write都在内核执行，所以称这些函数为不带缓冲的I/O函数。

每个打开的文件(或设备)都有一个v节点(v-node)结构。v节点包含了文件类型和对此文件进行操作的函数的指针。v节点包含了该文件的i节点(i-node索引节点)。

打开文件的内核数据结构　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　两个独立进程各自打开同一个文件

在完成每个write后，在文件表项中的当前文件偏移量即增加所写的字节数。

dup函数或fork后，父、子进程对于每一个打开文件描述符共享同一个文件表项。

原子操作用pread和pwrite

调用pread相当于顺序调用lseek和read，过程中无法终端其定位和读操作，不更新文件指针。

复制一个现存的文件描述符

sync、fsync和fdatasync函数

"r"(只读) 
 为输入打开一个文本文件，不存在则失败
 
"w"(只写)
 为输出打开一个文本文件，不存在则新建，存在则删除后再新建
 
 "a"(追加)
 向文本文件尾部增加数据，不存在则创建，存在则追加
 
'rb"(只读) 
 为输入打开一个二进制文件，不存在则失败
 
"wb"(只写) 
 为输入打开一个二进制文件，不存在则新建，存在则删除后新建
 
"ab"(追加) 
 向二进制文件尾部增加数据，不存在则创建，存在则追加
 
"r+"(读写) 
 为读写打开一个文本文件，不存在则失败
 
"w+" (读写)
 为读写建立一个新的文本文件，不存在则新建，存在则删除后新建
 
 "a+"(读写)
 为读写打开一个文本文件，不存在则创建，存在则追加
 
"rb+"(读写)
 为读写打开一个二进制文件，不存在则失败
 
"wb+"(读写)
 为读写建立一个新的二进制文件，不存在则新建，存在则删除后新建
 
 "ab+"(读写)
 为读写打开一个二进制文件，不存在则创建，存在则追加

文件有文件名与数据，这在 Linux 上被分成两个部分：用户数据 (user data) 与元数据 (metadata)。用户数据，即文件数据块 (data block)，数据块是记录文件真实内容的地方；而元数据则是文件的附加属性，如文件大小、创建时间、所有者等信息。在 Linux 中，元数据中的 inode 号（inode 是文件元数据的一部分但其并不包含文件名，inode 号即索引节点号）才是文件的唯一标识而非文件名。文件名仅是为了方便人们的记忆和使用，系统或程序通过 inode 号寻找正确的文件数据块。在 Linux 系统中查看 inode 号可使用命令 stat 或 ls -i。

Linux链接分为硬链接和符号链接（软链接）。默认ln命令产生硬链接。链接为 Linux 系统解决了文件的共享使用，还带来了隐藏文件路径、增加权限安全及节省存储等好处。

硬连接指通过索引节点来进行连接。在Linux的文件系统中，保存在磁盘分区中的文件不管是什么类型都给它分配一个编号，称为索引节点号(Inode Index)。在Linux中，多个文件名指向同一索引节点是存在的。一般这种连接就是硬连接。硬连接的作用是允许一个文件拥有多个有效路径名，这样用户就可以建立硬连接到重要文件，以防止“误删”的功能。其原因如上所述，因为对应该目录的索引节点有一个以上的连接。只删除一个连接并不影响索引节点本身和其它的连接，只有当最后一个连接被删除后，文件的数据块及目录的连接才会被释放。也就是说，文件真正删除的条件是与之相关的所有硬连接文件均被删除。

另外一种连接称之为符号连接（Symbolic Link），也叫软连接。软链接文件有类似于Windows的快捷方式。它实际上是一个特殊的文件。在符号连接中，文件实际上是一个文本文件，其中包含的有另一文件的位置信息。

文件类型：

　　（1）普通文件

　　（2）目录文件

　　（3）块特殊文件：提供对设备（如磁盘）带缓冲的访问，每次访问以固定长度为单位进行。

　　（4）字符特殊文件：提供对设备不带缓冲的访问，每次访问长度可变。系统所有设备是字符特殊文件或块特殊文件。

　　（5）FIFO：用于进程间通信，又叫命名管道（named pipe）。

　　（6）套接字socket：用于进程间的网络通信，也可用于在一台宿主机上进程之间的非网络通信。

　　（7）符号链接：指向另一个文件

每次一个字符的I/O：

int getc(FILE *fp);    // 可被实现为宏

int fgetc(FILE *fp);

int getchar(void);    // 等价于getc(stdin)

若成功则返回下一个字符（unsigned char转换为int）；到达结尾或出错返回EOF（负值，一般为-1）。

int putc(int c, FILE *fp);

int fputc(int c, FILE *fp);

int putchar(int c);

每次一行I/O：

char *fgets(char *buf, int n, FILE *fp);

char *gets(char *buf);    // 容易造成缓冲区溢出；不将换行符存入缓冲区，会删除

若成功则返回buf；到达文件结尾或出错返回NULL。

int fputs(const char *str, FILE *fp);  // null符终止字符串

int puts(const char *str);

若成功则返回非负值，出错返回EOF

二进制I/O：

size_t fread(void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream);  // 从文件流中读数据，最多读count个元素，每个元素size字节

size_t fwrite(const void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream);  // 向文件写入一个数据块，最多写count个元素，每个元素size字节

若成功返回实际读写的数据项个数，否则返回0。

定位流：

long ftell(FILE *fp);    // 成功返回当前文件位置指示；出错返回-1L

int fseek(FILE *fp, long offset, int whence);    // 成功返回0，出错返回非0值。 whence：SEEK_SET,SEEK_CUR,SEEK_END

void rewind(FILE *fp);

格式化I/O：

int printf(const char *format,...);

int fprintf(FILE *stream, const char *format, [argument]);    // 两个函数返回值，成功返回输出字符数；出错返回负值

int sprintf(char *buffer, const char*format, [argument]...);

int snprintf(char *buffer, size_t size, const char*format,);    // 两个函数返回值，成功返回存如数组的字符数；出错返回负值