第10章系统级I/O

10.1 Unix I/O

一个Unix文件就是一个m个字节的序列：B0，B1，…，BK，…，Bm-1

Unix I/O:一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，这使得所有的输入输出都能以一种统一且一致的方式来执行：

打开文件:

内核返回一个小的非负整数，叫做描述符。
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（描述符为0）、标准输出（描述符为1）、标准错误（描述符为2）。

改变当前文件位置：

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。
这个文件位置是从文件开头起始的字节偏移量。
应用程序能够通过执行seek操作，显示地设置文件当前位置为K。

读写文件:

读操作：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。
写操作：从存储器拷贝n>0个字节到一个文件，从当前文件位置K开始然后更新K 。

关闭文件：

当应用完成了对文件的访问之后，他就通知内核关闭这个文件。

10.2 打开和关闭文件

进程通过调用open函数来打开一个已存在的文件或者创建一个新文件的：R

open函数将filename转换成一个文件描述符，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_WRONLY:只写
O_RDWR:可读可写

Flags参数也可以是一个或者更多位掩码的或，为写提供给一些额外的指示：

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，就截断他。
O_APPEN D:在每次写操作前，设置文件位置到文件的结尾处。

Mode参数指定了新文件的访问权限位。

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函数从描述符为fd的当前文件位置拷贝最多n个字节到存储器位置buf。若返回值既不是0，也不是-1，则返回值表示的是实际传送的字节数量。

Write函数从存储器位置buf拷贝至多n个字节到描述符fd的当前文件位置。

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。出现这种情况原因如下：

读时遇到EOF
从终端读文本行
读和写网络套接字（socket）

10. 4 用RIO包健壮地读写

RIO包会自动为你处理上文中所述的不足值。

RIO提供了两类不同的函数：

无缓冲的输入输出函数。
带缓冲的输入函数。

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。

注意：如果rio_readn和rio_writen函数被一个从应用信号处理程序的返回中断，那么每个函数都会手动地重启read或write。

10.4.2 RIO的带缓冲的输入函数

另一种更好的方法就是调用一个包装函数（rio_readlineb）他从一个内部读缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区变空时，会自动地调用read重新填满缓冲区。

每打开一个描述符都会调用一次rio_ readlineb函数。它将描述符fd和地址rp处的一个类型为rio_t的读缓冲区联系起来。

RIO读程序的核心如下 rio_read函数：

10. 5 读取文件数据

应用程序能够通过调用stat 和 fstat函数，检索到关于文件的信息（元数据）。

Stat函数以一个文件名作为输入，并填写一个stat数据中的各个成员。Fstat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。

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。Unix提供的宏指令根据st_mode成员来确定文件的类型。

10. 6 共享文件

内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件：

描述符表。
文件表。
V-node表。