I/O函数就是打开文件，读文件，写文件，在绝大数unix系统中只需用到5个函数open、read、write、lseek、close。
不同缓存长度对read和write有影响。unbuffered I/O（不带缓冲的I/O）与后面标准I/O函数
所谓不带缓存就是说read和write都调用内核的一个系统调用。
不带缓冲的I/O不是ISO C的组成部分，是POSIX.1核Single UNIX Specification的组成部分
文件描述符-fd
对于内核而言，打开的文件都是通过fd引用
非负整数
打开或者创建文件时，内核向进程返回一个fd
POSIX.1 幻数0、1、2被标准化，STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO，这些常量通常写在<unistd.h>
fd的范围 0~OPEN_MAX-1，现在基本没啥限制
open和openat
int open(char *path,int oflag,...);//返回fd
/*
oflag:（在<fcntl.h>)
O_RDONLY 0
O_WRONLY 1
O_RDWR 2
O_EXEC
O_SEARCH（应用与目录，其实就是打开目录时验证搜索权限,就是后续对返回的fd进行操作就不需要再次检查对该目录的搜索权限，不过书中涉及的操作系统都不支持这个参数，不用记了）
----
可选，也就是第三个参数及以上
O_APPEND
O_CLOEXEC
O_CEEAT
O_DIRECTOR
O_EXCL 如果同时指定O_CREAT，如文件已存在则出错，其实用途就是测试一个文件是否存在，而且原子操作
O_NOCTTY path是终端设备的情况
O_NONBLOCK 后面说吧
O_SYNC 每次write都要等待物理上I/O操作完成，就是文件+属性都更新后
O_TRUNC 文件存在而且写或读写打开，那么将其长度截断为0
O_TTY_INIT 又是终端，有TTY
O_DSYNC 和sync区别就是，文件更新后，不用等到属性也更新后才去write
O_RSYNC 直到所有进程对文件同一部分挂起的写操作完成，在这之前所有进程对这个fd进行read操作等待，就是等
*/
int openat(int fd,const *path,int oflag,...);//返回fd
open与openat三种可能性，区别就是fd引起的
- path为绝对路径，那么fd就被忽略，两函数相当了
- path是相对路径，fd是相对路径在文件系统中的开始地址（fd需要相对路径获得，感觉在openat之前用open获取到了这个fd）
- path相对路径，fd是AT_FDCWD，两者又相当了
openat是POSIX.1加的，不属于ISO C，主要为了线程可以用相对路径打开，因为一个进程下的多个不同线程很难在统一时间工作在不同目录中
还可以避免TOCTTOU，time-of-check-to-time-of-use，其实就是2依赖1，1执行后2执行，但是要上中间1的涉及的文件变了，那么2就很难讲了，其实就是原子性
小ps：文件名过长，是默默截断不报错还是报错，是个历史问题，不同系统处理方式不同，但是POSIX.1有个常量POSIX_NO_TRUNC(trunc出现了，上面oflag可选参数也有这个单词)，但是现在大多数系统文件名255最大长度，通常没谁蛋疼超过这个，所有很少会有这个问题
2018-4-3 23:11
文件I/O
I/O函数就是打开文件，读文件，写文件，在绝大数unix系统中只需用到5个函数open、read、write、lseek、close。
不同缓存长度对read和write有影响。unbuffered I/O（不带缓冲的I/O）与后面标准I/O函数
所谓不带缓存就是说read和write都调用内核的一个系统调用。
不带缓冲的I/O不是ISO C的组成部分，是POSIX.1核Single UNIX Specification的组成部分
文件描述符-fd
对于内核而言，打开的文件都是通过fd引用
非负整数
打开或者创建文件时，内核向进程返回一个fd
POSIX.1 幻数0、1、2被标准化，STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO，这些常量通常写在<unistd.h>
fd的范围 0~OPEN_MAX-1，现在基本没啥限制
open和openat
#include <fcntl.h>
int open(char *path,int oflag,...);//返回fd
/*
oflag:（在<fcntl.h>)
O_RDONLY 0
O_WRONLY 1
O_RDWR 2
O_EXEC
O_SEARCH（应用与目录，其实就是打开目录时验证搜索权限,就是后续对返回的fd进行操作就不需要再次检查对该目录的搜索权限，不过书中涉及的操作系统都不支持这个参数，不用记了）
----
上面5个只能有一个，下面的可选通过或，比如 O_RDWR|O_APPEND
O_APPEND
O_CLOEXEC 把FD_CLOEXEC常量设置为文件描述符标志
O_CREAT 没有就创建
O_DIRECTOR
O_EXCL 如果同时指定O_CREAT，如文件已存在则出错，其实用途就是测试一个文件是否存在，而且原子操作(也就是测试+创建)
O_NOCTTY path是终端设备的情况
O_NONBLOCK 后面说吧--非阻塞模式
O_SYNC 每次write都要等待物理上I/O操作完成，就是文件+属性都更新后--等待同步写完成
O_TRUNC 有点复杂
O_TTY_INIT 又是终端，有TTY
O_DSYNC 和sync区别就是，文件更新后，不用等到属性也更新后才去write--等待同步写完成
O_RSYNC 直到所有进程对文件同一部分挂起的写操作完成，在这之前所有进程对这个fd进行read操作等待，就是等--同步读和写
*/
int openat(int fd,const *path,int oflag,...);//返回fd
open与openat三种可能性，区别就是fd引起的
- path为绝对路径，那么fd就被忽略，两函数相当了
- path是相对路径，fd是相对路径在文件系统中的开始地址（fd需要相对路径获得，感觉在openat之前用open获取到了这个fd）
- path相对路径，fd是AT_FDCWD，两者又相当了
openat是POSIX.1加的，不属于ISO C，主要为了线程可以用相对路径打开，因为一个进程下的多个不同线程很难在统一时间工作在不同目录中
还可以避免TOCTTOU，time-of-check-to-time-of-use，其实就是2依赖1，1执行后2执行，但是要上中间1的涉及的文件变了，那么2就很难讲了，其实就是原子性
小ps：文件名过长，是默默截断不报错还是报错，是个历史问题，不同系统处理方式不同，但是POSIX.1有个常量POSIX_NO_TRUNC(trunc出现了，上面oflag可选参数也有这个单词)，但是现在大多数系统文件名255最大长度，通常没谁蛋疼超过这个，所有很少会有这个问题
2018-4-3 23:11
creat
#include <fcntl.h>
int creat(const char *path,mode_t mode);
//等效与
int open(path,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,mode);
早期，open只能打开存在的文件
现在open新版支持了
creat不足之处在于只能以只写方式打开和创建文件
如果文件已经存在那么会被截断0
close
#include <unistd.h>
int close(int fd);// 0成功，-1出错
一个进程终止时，内核自动关闭它所有打开的文件，所有可以利用这一点，不显式
lseek
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence);
/*
whence:
SEEK_SET 从头开始+offset
SEEK_CUR 从当前开始+offset，为正或负
SEEK_END 为文件末尾+offset，为正或负
*/
od -c file.txt // -c是以字符打印文件内容，打印空洞，空洞会显示\0
当打开一个文件的时候，除非指定O_APPEND，否则该偏移量被设置为0
空洞不会占用磁盘块
偏移量，如果off_t 是32位整型，那么文件最大长度就是2^31-1
read
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbytes);// 0表示已读到文件尾
/*
经典定义
int read(int fd,char *buf,unsigned nbytes);
为了和ISO C一致才改的
void *表示通用指针
*/
ssize_t有符号，size_t无符号，和 SSIZE_MAX常量有关
write
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes);
出错，要么磁盘写满了，要么超过了一个给定进程的文件长度的限制
注意，如果打开时指定了O_APPEND，那么每次写操作之前，会追加写
I/O的效率
通常unix的shell提供一种方法，在标准输入打开一个文件读，在标准输出上创建或重写一个文件，这使得程序不必打开输入和输出文件，而且可以使用I/O的重定向功能
unix系统在进程终止时会自动关闭所有打开的fd
unix系统内核，对应文本文件和二进制文件没区别
关于读write的参数buf多少，需要测试
早期计算机主存是用铁氧体磁芯(ferrite cord)，也是'core dump'词的由来
文件共享
unix支持不同进程间共享打开文件
内核的所有I/O数据结构有3种
- 每个进程都有一个进程表项，包含fd表，里面有fd、fd标志、指向一个文件表的指针
- 文件表，文件状态标志（读，写，追加，同步，非阻塞等）、当前文件偏移量、指向该文件v节点的指针
- v节点结构，文件类型、对此文件进行操作函数的指针、i节点-索引节点(大多数文件)(当前文件长度)
ps i节点包含了文件所有者、文件长度、指向文件实际数据块在磁盘上的位置指针等，linux没有使用v节点，而是使用了i节点结构
文件表各自拥有
场景：两个独立进程各自打开同一个文件，那么分成各自文件表分开，但是都指向同一个v节点表
流程：
write后，文件表中偏移量写入，如果超过当前文件长度，那么会将i节点中当前文件长度设为当前偏移量
lseek定位到文件尾，和用O_APPEND打开文件是不同的，前者写不会追加写
fd标志和文件状态标志的作用范围区别，前者只用于一个进程的一个fd，后者应用于所有指向该文件表的任何进程中的fd
2018-4-8 23:55
原子操作
早期unix不支持open的O_APPEND
多个进程同时追加写同一个文件（都有各自的文件表，但是共享同一个v节点），会有问题
O_APPEND提供了原子性，在内核每次写之前，都将偏移量设置到尾端
原子函数pread和pwrite
#include <unistd.h>
ssize_t pread(int fd,void *buf,size_t nbytes,off_t offset);
sseize_t pwrite(int fd,const void *buf,size_t nbytes,off_t offset);
相当于先lseek再read/write
创建一个文件
open(char,O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL)，原子操作：测试+新建文件
dup和dup2
#include <unistd.h>
int dup(int fd);
int dup2(int fd,int fd2);
---------------------------
int fd1, fd2, fd3, fd4;
fd1 = open("f1", O_RDWR);
fd2 = open("f2", O_RDWR);
两函数都可以复制一个现有的fd，进程表两条记录的fd都指向同一个文件表（注意和上面两个独立进程打开同一个文件的区别，同一个进程的文件表会共用）
open同一个文件两次返回不同fd，那么也会有不同文件表(每次调用open函数都会分配一个新的文件表)
sync,fsync和fdatasync
#include <unistd.h>
int fsync(int fd);
int fdatasync(int fd);
以上两个成功返回0
void sync(void);
sync只是将写入任务排入队列就返回，不会阻塞
系统守护进程update一般30s调用sync
fsync等写到磁盘(data+atrribute)才会结束
fdatasync等写到磁盘(data)才会结束
fcntl
改变已经打开文件的属性
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd,int cmd,.../* arg*/);//成功则依赖于cmd
/*
cmd 5中功能
F_DUPFD或F_DUPFD_CLOEXEC 都复制一个已有fd，后者还设置新fd的标志值
dup(fd) 相当于 fcntl(fd,F_DUPFD,0)
dup(fd,fd2) 相当于 close(fd2) fcntl(fd,F_DUPFD,fd2)
涉及的FD_CLOEXEC在第八章说
F_GETFD或F_SETFD fd标志(就是这个常量FD_CLOEXEC)
很多现有程序不使用FD_CLOEXEC，直接用默认的0，或者1
F_GETFL或F_SETFL 文件状态标志(open函数里的)
F_SETFL:O_APPEND,O_NONBLOCK,O_SYNC,O_DSYNC,O_RSYNC,O_FSYNC,O_ASYNC
F_GETOWN或F_SETOWN 异步I/O所有权，获取/设置信号正的进程id或者负的进程组ID(绝对值)
第14章说
F_GETLK,F_SSETLK或F_SETKW 记录锁
*/
标准输出上fcntl设置O_SYNC将不起作用，不报错，因为这是shell打开的
ioctl
#include <unistd.h>//system v
#include <sys/ioctl.h>//bsd and linux
int ioctl(int fd, int request,...);
/dev/fd
打开文件/dev/fd/n等效与复制描述符n
fd = open("/dev/fd/0",mode) 等效于 fd=dup(0)
如果先前fd 0被打开为只读，那么我们也只能对fd进行读操作，即使fd = open("/dev/fd/0",O_RDWR)
小结
因为read和write都在内核执行，所有称为不带缓冲的I/O函数
2018-4-9 23:55
