系統級 I/O

    文件對於咱們來講，貌似再普通不過了，windows 使用擴展名來區分不一樣的文件，咱們接觸了 gif、docx、pdf、mp三、mp四、exe 等等好多好多不一樣的文件，可是它們在磁盤中都長一個樣子，對於內核而言，沒有什麼區別。

基本概念

    文件這個概念就是對 I/O設備 的抽象，一個文件就是一串 m 個字節的序列，全部的 I/O 設備（網絡、磁盤、終端）都被模型化爲文件，全部的輸入輸出都被當作對相應文件的讀和寫來執行。

    稍微特殊一點的是文件目錄吧，目錄也是一個文件，它是包含一組連接的文件，其中每一個連接都將一個文件名映射到一個文件，這個文件也多是另外一個目錄。

    每一個目錄至少會有兩個條目，.是到該目錄自身的連接；..是到父目錄的連接，你可使用mkdir命令建立一個目錄，而後查看其內容觀察觀察，linux 用ls查看，windows 用dir。

    每一個進程都有一個當前工做目錄，linux 是以/做爲根目錄的，因此絕對路徑就是一個/開始，以下圖所示，hello.c 的絕對路徑名即爲：/home/droh/hello.c；若是進程的當前工做目錄爲：/home/droh，那麼 hello.c 的相對路徑就爲：./hello.c，而要是工做目錄爲：/home/bryant，那麼相對路徑名則爲：../home/droh/hello.c。

    咱們可使用open函數來打開一個文件，它的做用是把文件名轉換爲一個文件描述符，這個描述符是一個小的非負整數，在後續對此文件的全部操做中標識這個文件。open函數返回的描述符老是在進程中當前沒有打開的最小描述符。

    Linux shell 建立的每一個進程開始都有三個打開的文件：標準輸入（描述符爲 0）、標準輸出（描述符爲 1）、標準錯誤（描述符爲 2）。

    open函數有三個入參，分別爲filename, flags, mode，flags 指明瞭如何訪問這個文件，即只讀、只寫、可讀寫；mode 指明瞭新文件的訪問權限位，它經過與進程自帶的umask進行運算來得到文件的訪問權限，這個運算時：mode & ~umask。

    讀文件是從描述符爲 fd 的當前文件位置複製 n 個字節到內存位置 buf，寫文件則是把內存中的字節複製到當前文件中，系統中提供了 read和write函數來提供相應的功能。

    read函數的返回值是表明實際傳送的字節數，有趣的是當出錯時，它須要返回 -1，所以使用的是一個有符號長整數，而就僅僅爲了這個 -1，就使得read的最大值減少了一半。

    固然還有可能會遇到須要讀取的字節比文件實際字節數要多的狀況，這時就會觸發一個稱爲 end-of-file(EOF) 的條件，應用程序死能夠檢測到這個條件的，此時read會返回 0。

    我總算知道在學校作 oj 題時，爲何要把while(scanf("%s", str[i]))寫成while(scanf("%s", str[i]) != EOF)了。

共享文件

    共享文件的方法不少，可是共享文件的概念比較晦澀難懂。

    系統內核使用三個相關的數據結構來表示打開的文件，分別爲：描述符表、文件表、v-node 表。每一個進程都有一張描述符表，其表項是由進程打開的文件描述符來索引的；文件表表示全部的打開文件的集合，全部進程共享這個表，關閉一個描述符會減小相應的文件表表項中的引用計數，當引用計數爲零時，內核就睡刪除對應的表項（是否是和垃圾回收機制很像？）；v-node表 也是全部進程共享的，表中包含了用戶組、大小等不少信息。

    如上圖所示，是一個進程打開了兩個不一樣的文件的樣子，這種狀況下沒有共享文件；而若是以同一個 filename 調用 open 函數兩次，就會發生共享文件的狀況，其關鍵思想是每一個描述符都有它本身的文件位置，以下圖所示。

    有了上面的基礎，那理解子進程如何繼承父進程打開的文件就容易的多了，直觀展現出來就是下面這個樣子。

    最後來看一個簡單的題：下面程序的輸出是什麼？

int main() {
    int fd1, fd2;
    fd1 = Open("foo.txt", O_RDONLY, 0);
    Close(fd1);
    fd2 = Open("baz.txt", O_RDONLY, 0);
    printf("fd2 = %d\n", fd2);
    exit(0);
}
複製代碼

    Unix 進程生命週期開始，打開的前三個描述符已經被使用了，而 open 函數老是返回最低的未打開的描述符，因此第一次調用 open 函數會返回 3，調用 close 函數會釋放描述符 3，因此最後對 open 函數的調用仍是會返回 3，即程序輸出是：fd2 = 3。

    在學生時代，聽到 I/O、文件等名詞時，下意識就認定了對方是個厲害的角色，原本覺得本身也會能操做文件後就不會有這種感受了，而實際狀況依舊如此，聽到老程序員談到 socket 等名詞時，依舊充滿了景仰之情。

    團隊老員工告訴我，不少工具看源碼，都是同樣的原理，應該好好看下 socket 編程，讀完這一章，我貌似有點明白同事的意思了。