前言：📫 作者简介：小明java问道之路，专注于研究计算机底层，就职于金融公司后端高级工程师，擅长交易领域的高安全/可用/并发/性能的设计和架构📫
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本文导读
一切都是文件，都可以用 “”打开 open –> 读写 write/read –> 关闭 close” 模式来操作。输入/输出(I/O) 是指主存和外部设备(如磁盘，终端，网络)之间拷贝数据过程。
高级别 IO 有 C 提供标准 IO 库 I/O 函数 scanf 和 printf ，C++重载操作符<<和>>，Liunx 系统使用内核提供的系统级 I/O 函数实现……大多数时候高级别 I/O 函数都运行良好，为什么我们还要学 Unix I/O：了解 Unix I/O 将帮助你理解其他的系统概念。要深入理解其他概念，必须理解 I/O。标准 I/O 库没有提供读取文件元数据的方式（如文件大小或文件创建时间）。
重点解读：
一、Unix I/O
一个 Liunx 文件就是一个 m 个字节的序列：B0 B1 ……B（m-1），所有 I/O 设备都被模型化为文件。而所有的输入和输出都被当做相应文件的读和写。这种将设备优雅地映射成文件，允许 Unix 内核引出一个简单，低级的应用接口。叫做 Unix I/O。
打开文件：应用程序要求内核打开文件，内核返回一个小的非负整数，叫做描述符，它在后续对此文件的所有操作中标识这个文件。内核记录打开文件的所有信息，应用程序只需要记住描述符。
改变当前文件位置：对于每个打开的文件，内核保持一个文件位置 k，初始为 0。文件位置即是从文件开头起始的字节偏移量。应用程序通过执行 seek 操作，显式地设置文件位置 k 。
读写文件：一个读操作就是从文件拷贝 n 个字节到内存，然后将 k 增加到 k+n。给定一个大小为 m 字节的文件，当 k>=m 时执行读操作会触发一个称 为 end-of-file(EOF)的条件。应用程序能检测到这个条件(或者说信号?)，文件结尾并没有这样的符号。写操作就是从存储器拷贝 n 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：当应用程序完成了文件的访问，通知内核关闭文件。作为响应内核释放文件打开时创建的数据结构。将描述符恢复到可用的描述符池中。无论一个进程因为何种原因被关闭，内核会关闭所有它打开的文件，并释放他们的内存资源。
二、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
三、读和写文件
调用 read 和 write 完成输入输出
四、读取文件元数据
应用程序能够通过调用 stat 和 fstate 函数，检索到关于文件的信息(有时也称为文件的元数据(metadata))
五、读取目录内容
应用程序可以用 readdir 系列函数读取目录的内容
六、共享文件
内核有三个相关的数据结构来表示打开的文件:描述符表（descriptor table）：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的一个表项。
文件表（file table）：打开文件的集合是由一张文件表表示的。所有的进程共享这张表。每个文件表项的部分组成，包括当前的文件位置、引用计数（reference count)即当前指向该表项的描述符项数）、以及一个指向 v-node 表中对应表项的指针。关闭一个描述符会减少相应文件表表项中的引用计数。当引用计数变为 0。内核会删除这个文件表表项。
v-node 表：所有的进程共享这张表。每个表项包含 stat 结构的大多数信息。包括 st_mode、st_size。
重定向标准输出之后的内核数据结构
七、标准 I/O
ANSI C 定义了一组高级输入输出函数，称为标准 I/O 库。这个库(libc)提供了，打开和关闭文件的函数（fopen 和 fclose）、读和写字节（fread 和 fwrite）、读和写字符串的函数（fgets 和 fputs）、以及复杂的格式化 I/O 函数 （scanf 和 printf）
我们该使用哪些 I/O 函数
小结
1、Linux 提供了少量的基于 Unix I/O 模型的系统级函数，它们允许应用程序打开、关闭、读和写文件提取文件的元数据，以及执行 I/O 重定向。2、Linux 的读和写操作会出现不足值，应用程序必须能正确地预计和处理这种情况。3、应用程序不应直接调用 UnixI/O 函数，而应该使用 RIO 包，RIO 包通过反复执行读写操作，直到传送完所有的请求数据，自动处理不足值。4、Linux 内核使用三个相关的数据结构来表示打开的文件。描述符表中的表项指向打开文件表中的表项，而打开文件表中的表项又指向 v-node 表中的表项。每个进程都有它自己单独的描述符表，而所有的进程共享同一个打开文件表和 v-node 表。理解这些结构的一般组成就能使我们清楚地理解文件共享和 I/O 重定向。5、标准 I/O 库是基于 Unix I/O 实现的，并提供了一组强大的高级 I/O 例程。对于大多数应用程序而言，标准 I/O 更简单，是优于 UnixI/O 的选择。然而，因为对标准 I/O 和网络文件的一些相互不兼容的限制，UnixI/O 比之标准 I/O 更该适用于网络应用程序。
