5.文件I/O

1　　C标准函数与系统函数的区别

文件的结构体:

1.1　　I/O缓冲区

　　每一个FILE文件流都有一个缓冲区buffer，默认大小8192Byte。

1.2　　效率

　　文件缓冲区会降低效率。这里提供缓冲区主要是为了减少磁盘的读取。

1.3　　程序的跨平台性

　　事实上Unbuffered I/O这个名词是有些误导的，虽然write系统调用位于C标准库I/O缓
冲区的底层，但在write的底层也可以分配一个内核I/O缓冲区，所以write也不一定是直接
写到文件的，也可能写到内核I/O缓冲区中，至于究竟写到了文件中还是内核缓冲区中对于
进程来说是没有差别的，如果进程A和进程B打开同一文件，进程A写到内核I/O缓冲区中的数
据从进程B也能读到，而C标准库的I/O缓冲区则不具有这一特性。

如图所示:

2　　　　PCB概念

2.1　　ask_struct结构体

/usr/src/linux-headers/include/linux/sched.h （这里的linux-headers每一用户不一样，直接按tab键补齐，或者手动cd进入目录）

如图所示：

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2.2　　files_struct结构体（打开文件的描述表）

模型如下：

3　　open/close

3.1　　文件描述符

　　一个进程默认打开三个文件描述符

STDIN_FILENO 0
STDOUT_FILENO 1
STDERR_FILENO 2

　　新打开文件返回文件描述符表中未使用的最小文件描述符。

　　open函数可以打开或创建一个文件

1 #include <sys/types.h>
2 #include <sys/stat.h>
3 #include <fcntl.h>
4 int open(const char *pathname, int flags);
5 int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
6 返回值：成功返回新分配的文件描述符，出错返回-1并设置errno

 1 #include <stdlib.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <sys/types.h>
 4 #include <sys/stat.h>
 5 #include <fcntl.h>
 6 
 7 
 8 int main()
 9 {
10     int fd=0;
11     //打开文件，如果文件不存在则创建，权限为0777
12     fd = open("abc",O_CREAT,0777);
13     printf("fd = %d\n",fd);
14     return 0;
15 }

运行效果：

权限为0777-0002 = 0775 换算成二进制 111 111 101 rwx rwx r-x

　在Man Page中open函数有两种形式，一种带两个参数，一种带三个参数，其实在C代码
中open函数是这样声明的：

int open(const char *pathname, int flags, ...);

　　最后的可变参数可以是0个或1个，由flags参数中的标志位决定，见下面的详细说明。
pathname参数是要打开或创建的文件名，和fopen一样，pathname既可以是相对路径也
可以是绝对路径。flags参数有一系列常数值可供选择，可以同时选择多个常数用按位或运
算符连接起来，所以这些常数的宏定义都以O_开头，表示or。

　　必选项：以下三个常数中必须指定一个，且仅允许指定一个。
　　* O_RDONLY 只读打开
　　* O_WRONLY 只写打开
　　* O_RDWR 可读可写打开

以下可选项可以同时指定0个或多个，和必选项按位或起来作为flags参数。可选项有很多，
这里只介绍一部分，其它选项可参考open(2)的Man Page：
　　* O_APPEND 表示追加。如果文件已有内容，这次打开文件所写的数据附加到文件的末尾
　　而不覆盖原来的内容。
　　* O_CREAT 若此文件不存在则创建它。使用此选项时需要提供第三个参数mode，表示该
　　文件的访问权限。
　　* O_EXCL 如果同时指定了O_CREAT，并且文件已存在，则出错返回。
　　* O_TRUNC 如果文件已存在，并且以只写或可读可写方式打开，则将其长度截断（Truncate）为0字节。
　　* O_NONBLOCK 对于设备文件，以O_NONBLOCK方式打开可以做非阻塞I/O（Nonblock I/
　　O），非阻塞I/O在下一节详细讲解。

 1 #include <stdlib.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <sys/types.h>
 4 #include <sys/stat.h>
 5 #include <fcntl.h>
 6 #include <unistd.h>
 7 
 8 int main(int argc,char *argv[])
 9 {
10     int fd=0;
11     char buf[]="helloworld";
12     //打开文件，如果文件不存在则创建，默认权限为750
13     //创建，读写权限
14     //fd = open("1233",O_CREAT | O_RDWR);
15     fd = open("1233",O_CREAT | O_RDWR|O——APPEND);
16     write(fd,buf,sizeof(buf));
17     printf("fd = %d\n",fd);
18     return 0;
19 }

3.2　　最大打开文件个数

查看当前系统允许打开最大文件个数

cat /proc/sys/fs/file-max

查看当前默认设置最大打开文件个数

ulimit -a

修改默认设置最大打开文件个数为4096

ulimit -n 4096

4　　read/write

　　read函数从打开的设备或文件中读取数据。

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
返回值：成功返回读取的字节数，出错返回-1并设置errno，如果在调read之前已到达文件末尾，则这次read返回0

　　参数count是请求读取的字节数，读上来的数据保存在缓冲区buf中，同时文件的当前读
写位置向后移。注意这个读写位置和使用C标准I/O库时的读写位置有可能不同，这个读写
位置是记在内核中的，而使用C标准I/O库时的读写位置是用户空间I/O缓冲区中的位置。比
如用fgetc读一个字节，fgetc有可能从内核中预读1024个字节到I/O缓冲区中，再返回第一
个字节，这时该文件在内核中记录的读写位置是1024，而在FILE结构体中记录的读写位置是
1。注意返回值类型是ssize_t，表示有符号的size_t，这样既可以返回正的字节数、0（表
示到达文件末尾）也可以返回负值-1（表示出错）。read函数返回时，返回值说明了buf中
前多少个字节是刚读上来的。有些情况下，实际读到的字节数（返回值）会小于请求读的字
节数count，例如：
　　读常规文件时，在读到count个字节之前已到达文件末尾。例如，距文件末尾还有30个
字节而请求读100个字节，则read返回30，下次read将返回0。
　　从终端设备读，通常以行为单位，读到换行符就返回了。
　　从网络读，根据不同的传输层协议和内核缓存机制，返回值可能小于请求的字节数，后
面socket编程部分会详细讲解。
　　write函数向打开的设备或文件中写数据。

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
返回值：成功返回写入的字节数，出错返回-1并设置errno

1 C标准函数与系统函数的区别

1.1 I/O缓冲区

1.2 效率

1.3 程序的跨平台性

2 PCB概念

2.1 ask_struct结构体

2.2 files_struct结构体 （打开文件的描述表）

3 open/close

3.1 文件描述符

3.2 最大打开文件个数

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