[Linux]APUE讀書筆記：File I/O

文件描述符：

1. 進程經過文件描述符來操做文件，文件描述符能夠經過open, openat, creat系統調用返回;
2. shell和其餘應用默認打開標準輸入(STDIN_FILENO),標準輸出(STDOUT_FILENO),標準錯誤(STDERR_FILENO)三個文件描述符。

open和openat函數：

1. 文件能夠經過調用open或者openat函數打開或者建立；
2.  新文件描述符使用最小未使用原則；
3. TOCTTOU(time of check of time of use)的基本含義：程序是脆弱的，若是它調用兩個基於文件的函數，而且後一個調用依賴於前一個調用的結果。由於這兩個調用不是原子操做，在兩個調用之間文件是能夠被改變的，致使前一個調用的結果失效，錯誤發生。

creat函數：

1. creat函數以只寫的方式建立文件；
2. creat函數徹底能夠用open函數代替：open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)。

lseek函數：
　　1. 用於顯式指定被打開文件的偏移量，返回當前文件的新偏移量;
　　2. 測試標準輸入是否能夠seek:

 1 #include "apue.h"
 2 
 3 int main(void)
 4 {
 5     if (lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR) == -1) {
 6         printf("canot seek\n");
 7     }
 8     else {
 9         printf("seek OK\n");
10     }
11     exit(0);
12 }

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　　3. 因爲文件當前偏移量可能爲負數，lseek的返回值應該和 -1 比較，而不是測試是否小於0；
　　4. 設置的當前文件偏移量大於文件長度時，文件中容許造成空洞，空洞不須要存儲空間來存儲；
　　5. 在文件中建立一個空洞：

 1 #include "apue.h"
 2 #include <fcntl.h>
 3 
 4 char buf1[] = "abcdefghij";
 5 char buf2[] = "ABCDEFGHIJ";
 6 
 7 int main(void)
 8 {
 9     int fd;
10 
11     if ((fd = creat("file.hole", FILE_MODE)) < 0) {
12         err_sys("creat error");
13     }
14 
15     if (write(fd, buf1, 10) != 10) {
16         err_sys("buf1 write error");
17     }
18     /*offset now = 10*/
19 
20     if (lseek(fd, 16384, SEEK_SET) == -1) {
21         err_sys("lseek error");
22     }
23     /*offset now = 16384*/
24 
25     if (write(fd, buf2, 10) != 10) {
26         err_sys("buf2 write error");
27     }
28 
29     exit(0);
30 }

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read/write函數：

1. read函數被用於從打開的文件中讀取數據，返回讀取的字節數；
2. write函數被用於向打開的文件中寫數據，返回寫入的字節數；

I/O效率：
　　1. 利用緩衝將標準輸入複製到標準輸出：

 1 #include "apue.h"
 2 
 3 #define BUFFSIZE 4096
 4 
 5 int main(void)
 6 {
 7     int n;
 8     char buf[BUFFSIZE];
 9 
10     while ((n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFFSIZE)) > 0) {
11         if (write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n) {
12             err_sys("write error");
13         }
14     }
15     if (n < 0) {
16         err_sys("read error");
17     }
18 
19     exit(0);
20 }

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　　2. Linux ext4文件系統，塊大小是4096，緩衝大小最佳值是4096。
文件共享：
　　1. 內核使用三個數據結構表示打開的文件：

• 每一個進程在進程表中都有一個記錄項，記錄項中包含一張打開文件描述符的表，與每一個文件描述符相關聯的是：文件描述符標誌和指向文件表項的指針；
• 內核維護一張全部已打開文件的文件表，每一個文件表包括：文件狀態標誌，當前偏移量，指向文件V節點表項的指針；
• 每一個已打開文件(或者設備)都有一個V節點結構，Linux只有i節點；

 

原子操做：

1. 任何須要多個函數的操做都不是原子操做；
2. 調用pread至關於調用lseek後再調用read, 調用pwrite至關於調用lseek後再調用write,可是調用pread/pwrite是原子操做，且當前文件偏移量不更新；

dup和dup2函數：

1. 一個已經存在的文件描述符能夠用dup和dup2複製；
2. dup返回最小可用文件描述符，dup2用fd2指定新文件描述符，若是fd2已經打開，則先關閉，若是fd2和fd1相等，則直接返回fd2不關閉它；
3. dup/dup2老是清除新文件描述的close-on-exec標誌；
4. dup(fd)/fcntl(fd, F_DUPFD, 0),dup2(fd1, fd2)/close(fd2);fcntl(fd, F_DUPFD, fd2);

sync, fsync和fdatasync函數：

1. sysc函數只將全部修改過的緩衝塊排在寫隊列，而後返回，不等寫磁盤發生；
2. fsync只對fd單一文件起做用，它等磁盤寫完成後再返回；
3. fdatasync和fsync相似，可是它不一樣步更新文件屬性，fsync同步更新；

fcntl函數：
　　1. fcntl函數能夠改變一個已打開文件的屬性；
　　2. fcntl函數有5種不一樣功能：

• 複製一個已經存在的描述符(cmd = F_DUPFD or F_DUPFD_CLOEXEC)；
• 獲取/設置文件描述符標誌(cmd = F_GETFD or F_SETFD);
• 獲取/設置文件狀態標誌(cmd = F_SETFL or F_GETFL);
• 獲取/設置異步I/O全部權(cmd = F_GETOWN or F_SETOWN);
• 獲取/設置記錄鎖(cmd = F_GETLK, F_SETLK, F_SETLKW);

　　3. 打印具體描述符的文件標誌:

 1 #include "apue.h"
 2 #include <fcntl.h>
 3 
 4 int main(int argc, char *argv[])
 5 {
 6     int val;
 7     if (argc != 2) {
 8         err_quit("usage: a.out <descriptor#>");
 9     }
10 
11     if ((val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0)) < 0) {
12         err_sys("fcntl error for fd %d", atoi(argv[1]));
13     }
14     switch(val & O_ACCMODE) {
15     case O_RDONLY:
16         printf("read only");
17         break;
18     case O_WRONLY:
19         printf("write only");
20         break;
21     case O_RDWR:
22         printf("read write");
23         break;
24     default:
25         err_dump("unknow access mode");
26     }
27     if (val & O_APPEND) {
28         printf(",append");
29     }
30     if (val & O_NONBLOCK) {
31         printf(",nonblocking");
32     }
33     if (val & O_SYNC) {
34         printf(",synchronous writes");
35     }
36 #if !defined(_POSIX_C_SOURCE) && defined(O_FSYNC) && (O_FSYNC != O_SYNC)
37     if (val & O_FSYNC) {
38         printf(",synchronous writes");
39     }
40 #endif
41     putchar('\n');
42 
43     exit(0);
44 }

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　　4. 打開文件描述符的一個或者多個文件狀態標誌:

 1 #include "apue.h"
 2 #include <fcntl.h>
 3 
 4 void set_fl(int fd, int flags)
 5 {
 6     int val;
 7     if ((val = fcntl(fd, F_GETFL, 0)) < 0) {
 8         err_sys("fcntl F_GETFL error");
 9     }
10     val |= flags;
11     if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0) {
12         err_sys("fcntl F_SETFL error");
13     }
14 }

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ioctl函數：

1. ioctl函數是I/O操做的萬能工具，尤爲是對終端設備；

/dev/fd:

1. 假如n是打開的，打開/dev/fd/n至關於複製描述符n;