5.2  文件I/O

• 基本概念

• 相关系统调用

• Open 以及文件的打开标志

• 原子操作

• 文件共享

• dup 和 dup2

• fcntl 和 ioctl

• 容易混淆的概念

5.2.1  基本概念

• 文件描述符. STD??_FILENO, OPEN_MAX
• 文件描述符和索引节点的关系

5.2.2  相关系统调用

• open/creat/close
• mode_t: primitive system type
• 系统调用的返回值

===============================================================================
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/stat.h>
        #include <fcntl.h>

        int open(const char *pathname, int flags);
        int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
        int creat(const char *pathname, mode_t mode);
-------------------------------------------------------------------------------
        #include <unistd.h>

        int close(int fd);
===============================================================================

• lseek

===============================================================================
       #include <sys/types.h>
       #include <unistd.h>

       off_t lseek(int fildes, off_t offset, int whence);
===============================================================================

清单 5-1: 建立有洞的文件 (hole.c)

===============================================================================
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

char buf1 [] = "abcdefghij";
char buf2 [] = "ABCDEFGHIJ";

void err_sys (const char* info)
{
    perror (info);
    exit (1);
}

int main (void)
{
    int fd;

    if ( (fd = creat ("file.hole", 0644)) < 0)
        err_sys ("create error");
    
    if (write (fd, buf1, 10) != 10)
        err_sys ("buf1 write error");
    
    if (lseek (fd, 40960, SEEK_SET) == -1)
        err_sys ("lseek error");
    
    if (write (fd, buf2, 10) != 10)
        err_sys ("buf2 write error");
    
    exit (0);
}
===============================================================================

• read/write

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       #include <unistd.h>

       ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
       ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
===============================================================================

• I/O 效率问题

5.2.3  Open 以及文件的打开标志

• Open 的原型

===============================================================================
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/stat.h>
        #include <fcntl.h>

        int open(const char *pathname, int flags, ... /*, mode_t mode*/);
===============================================================================

• 文件的打开标志: flags

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       O_CREAT
       O_EXCL
       O_NOCTTY
       O_TRUNC
       O_APPEND
       O_NONBLOCK/O_NDELAY
       O_SYNC
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• 文件的访问许可: mode

===============================================================================
       S_IRWXU                               00700
       S_IRUSR (S_IREAD)                     00400
       S_IWUSR (S_IWRITE)                    00200
       S_IXUSR (S_IEXEC)                     00100

       S_IRWXG                               00070
       S_IRGRP                               00040
       S_IWGRP                               00020
       S_IXGRP                               00010

       S_IRWXO                               00007
       S_IROTH                               00004
       S_IWOTH                               00002
       S_IXOTH                               00001
===============================================================================

• 指定 O_CREATE 时, 必须指定 mode
• 新文件的文件许可: (mode & ~umask)
• creat 等价于 open (pathname, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, mode)

5.2.4  原子操作

• 问题: 两个进程同时向一个文件追加记录
• 原子操作的概念
• 上述问题的解决办法
• 另外一个问题: 创建文件

5.2.5  文件共享

• 内核中用于文件的数据结构


图 5-6 进程的文件信息

• 共享的是哪些信息
• 系统调用到底发生了哪些改变: write, write with O_APPEND, lseek

5.2.6  dup 和 dup2

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       #include <unistd.h>

       int dup(int oldfd);
       int dup2(int oldfd, int newfd);
===============================================================================

• dup 的复制行为
• dup2 的复制行为. dup2 是一个原子操作
• 复制后共享什么

5.2.7  fcntl 和 ioctl

===============================================================================
       #include <unistd.h>
       #include <fcntl.h>

       int fcntl(int fd, int cmd);
       int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
       int fcntl(int fd, int cmd, struct flock * lock);
------------------------------------------------------------------------------
       #include <sys/ioctl.h>

       int ioctl(int d, int request, ...)
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• fcntl 用途1: 复制描述符 (cmd=F_DUPFD)
• fcntl 用途2: 获取/设置文件描述符标志 (cmd=F_GETFD or F_SETFD). 唯一标志: FD_CLOEXEC
• fcntl 用途3: 获取/设置文件状态标志 (cmd=F_GETFL or F_SETFL). 只能修改: O_APPEND, O_NONBLOCK 和 O_ASYNC
• fcntl 用途4: 获取/设置记录锁 (cmd=F_GETLK, F_SETLK or F_SETLKW)
• fcntl 用途5: 获取/设置异步 I/O (cmd=F_GETOWN, F_SETOWN, F_GETSIG* or F_SETSIG*)
• ioctl -- 任何不能用前述函数完成的工作均可以通过该函数完成.

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    ioctl 的适用类型    常量名称      还要包含的头文件
    磁盘卷标            DIOxxx        <disklabel.h>
    文件 I/O            FIOxxx        <ioctl.h>
    磁带 I/O            MTIOxxx       <mtio.h>
    套接字 I/O          SIOxxx        <ioctl.h>
    终端 I/O            TIOxxx        <termios.h>
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5.2.8  容易混淆的概念

• 进程的文件描述符: 文件描述符标志以及指向内核文件表的指针
• 内核文件表: 文件状态标志, 文件当前位置以及指向 vnode 的指针
• vnode: 文件对象的属性
• 磁盘上的文件: inode + 数据