系统IO编程

常用函数

• open(文件名，文件模式[, 文件权限]), 返回值是文件描述符
  

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags); // 多个flag用|连接，eg: flag1|falg2|...
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

• mode可直接使用数字型，xxxx(S-U-G-O)，方便些
  
• close(文件描述符)

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

read(文件描述符，首地址，读取大小)，每次读是从内核缓冲区读取的

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

write(文件描述符， 首地址，写入大小)，先写入内核缓冲区

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

lseek(文件描述符，偏移量，参照位置)

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

• whence:

• SEEK_SET: 文件头部
• SEEK_CUR: 当前位置
• SEEK_END: 文件结尾

• fcntl()
  

#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, .../* arg */) 

fd：文件描述符。

cmd：操作命令。此参数表示我们将要对 fd 进行什么操作，cmd 参数支持很多操作命令，可以打开 man 手册查看到这些操作命令的详细介绍，这些命令都是以 F_XXX 开头的，譬如 F_DUPFD、F_GETFD、F_SETFD 等，不同的 cmd 具有不同的作用，cmd 操作命令大致可以分为以下 5 种功能：

复制文件描述符（cmd=F_DUPFD 或 cmd=F_DUPFD_CLOEXEC）；

获取/设置文件描述符标志（cmd=F_GETFD 或 cmd=F_SETFD）；文件权限标志（O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR）以及文件创建标志（O_CREAT、O_EXCL、O_NOCTTY、O_TRUNC）不能被设置、会被忽略；

获取/设置文件状态标志（cmd=F_GETFL 或 cmd=F_SETFL）；

获取/设置异步 IO 所有权（cmd=F_GETOWN 或 cmd=F_SETOWN）；

获取/设置记录锁（cmd=F_GETLK 或 cmd=F_SETLK）；

其他知识点

• fsync(), 将参数fd所指的文件内容和元数据写入磁盘。

#include <unistd.h>
  int fsync(int fd);

fdatasync(), 将参数fd所指的文件内容写入磁盘，

#include <unistd.h>
 int fdatasync(int fd);

• sync(), 将所有的文件IO内核缓冲区的文件内容数据和元数据更新到磁盘。

#include <unistd.h>
   void sync(void);

以上所介绍的文件IO操作函数发生错误时会返回错误返回值-1。但我们并不能知道具体是啥错误，可喜的是以上函数发生错误时，系统会将一个全局变量errno置为错误代码（需要头文件<errno.h>）。

但它任然是一个错误代码，需要去查资料解析他的意思。有二个个函数可以帮我们解析，

• char *strerror(int errno)， 返回对应错误的字符指针（<sting.h>）
• void perror(char *s), 直接答应错误，不需要传递参数errno，需要传递补充的提示信息(可不传)(<stdio.h>)
• 空洞文件， 当lseek()到大于该文件的位置是也是可以读写的，不会报错（应用: 多线程同时操作文件，就像修公路一样，每个队伍修一部分）。但前后之间的不会占用实际物理空间。但在计算文件大小时是算在内的。
  

对同一个文件，可打开多次，但内核的缓冲区只有一个(动态文件)。静态文件：存储在硬件设备如磁盘，U盘等等存储设备。对于这些的读取是以块为单位的(一般为4K)，也就是说不能单个字节单个字节的操作，故使用

• 动态文件的方式即可加快读取时间，也可单个字节的方式操作文件。
  
• 复制文件描述符（文件表没有复制）
  

• int dup(int fd), 返回新的文件描述符，但文件表是同一个，
• int dup2(int fd, int new_fd), new_fd为用户指定的新的描述符，如果已经存在就找一个比它的文件数字，返回新的文件描述符。

文件共享问题

当多个进程(线程)访问同一个文件时会出现竞争冒险的问题，因为进程的调度是不确定的，所以需要原子操作(将多个步骤合为一体，我猜是其内部实现了禁用中断，禁用调度器的调度)

• O_APPEND, 将移动指针到末尾和写入数据组成了原子操作
• O_EXCL|O_CREAT, 将检测文件是否存在和建立文件组成了原子操作
• 函数，读写操作和偏移指针位置组成原子操作

#include <unistd.h>
ssize_t pread(int fd, void *buf, size_t count, off_t offset);
ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t count, off_t offset);

直接IO读写: 绕过内核缓冲, mode加上O_DIRECT（还需要定义一个宏定义_GUN_SOURCE）. eg:

 #define _GNU_SOURCE
  static char buf[8192] __attribute((aligned (4096)));  // 对齐
  fd = open(filepath, O_WRONLY|O_DIRECT);