文件I/O详解
对文件进行读写操作前，进程为什么要先打开文件？
内核会为每个进程配合一个文件表(file table)，这文件表是以fd(文件描述符)进行索引的。对应的值是一个指向inode的指针和文件的一些元数据（文件内容位置，访问权限）。
进程利用fd文件描述符就能拿到inode指针得到文件的物理位置进行对文件的读写；
所以打开文件的操作就是让内核创建一个新的fd文件描述符和inode指针和元数据的索引；
目录与文件：
每个目录下的内容是一个个链接：文件名映射到inode的连接。
当在目录下访问一个文件内容时，内核找到文件名对应的inode编号，将inode编号发送给文件系统由文件系统拿到inode下记录文件在磁盘的物理位置。
文件：
read()函数：
read()函数对于：
1.普通文件：read函数是不会阻塞的，函数会在规定时间内返回结果；
2.终端：read函数会一直阻塞等待读取直到读取到换行符后才返回；
3.网络文件描述符：read函数会一直阻塞直到有数据到来；
一个简单且充满bug的read()函数使用：
char buf[10] = {0}; size_t len = sizeof(buf); ssize_t ret = read(fd, buf, len); if (-1 == ret) { //error }
read函数并不能保证返回值读取到的数据一定等于指定的sizeof(buf)大小；
read函数返回值有几种情况：
- 比指定大小要小的非0整数值：read函数系统调用被信号打断、可供读取的数据少于指定值、管道被破坏；
- 返回值为0：read文件位置指针已经读到文件末尾EOF；
- 返回值为-1：
- errno被设置为EINTR，read函数被信号打断，可以重新调用read()；
- errno被设置为EAGAIN，在read非阻塞模式下表示还未有数据可以读。稍后应该再进行read函数的调用；
- errno被设置为非前两个，表示更严重的错误发生；
为了符合以上所有返回值情况并确保读取到所有应读取的数据，read函数的正确调用如下：
char buf[10] = {0}; char *p = buf; size_t len = sizeof(buf); ssize_t = ret; while(0 != (ret = read(fd, p, len))) { if (-1 == ret)
{
if (errno == EINTR)
continue;
else
break;
} len -= ret; p += ret; }
write()函数：
write()函数同理要考虑部分写的问题（read()函数考虑部分读问题）；
write()系统调用以后数据是写到了内核的缓冲区但并没有立即写回磁盘，有几个系统调用用于写同步。即立马写回磁盘。
多路复用：
select()函数系列：
int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); FD_CLR(int fd, fd_set *set); FD_ISSET(int fd, fd_set *set); FD_SET(int fd, fd_set *set); FD_ZERO(fd_set *set);
工作方式：
select将文件描述符分为三类集合：可读文件描述符集合、可写文件描述符集合、异常文件描述符集合。
将需要监视的文件描述符放入指定的集合中传给select函数，函数返回后会在三个集合中保留可进行无阻塞操作的文件描述符。下一次调用是应调用FD_ZERO对集合初始化清空。
用户空间（标准空间）I/O：
出现的原因：
所有的磁盘操作都是以块为单位进行的，如果I/O的大小是块的整数倍那么性能将有所提升。
另外将尽可能减少系统调用次数，进程陷入内核态再到用户态所耗费的时间对性能也有一定的影响。
因此就出现了用户空间（用户缓冲式）I/O。每次I/O其实是操作用户空间上的缓冲区，当用户空间的缓冲区大小等于块大小才执行系统调用进行磁盘操作。
操作：
fopen打开文件：一个已经打开的文件叫做一个流。fopen会新建一个文件描述符fd索引，返回指向文件描述符fd的指针。
fclose()：关闭流。关闭前会将缓冲区内容刷新至磁盘。
操作流程：
标准I/O的写操作：从数据所在的缓冲区（用户空间上）——标准I/O缓冲区（用户空间上）——调用write()函数复制到内核缓冲区
标准I/O的读操作：从内核缓冲区——调用read()函数复制到标准I/O缓冲区——复制到程序缓冲区（用户空间）
系统I/O的写操作：从数据所在的缓冲区（用户空间上）——调用write()函数复制到内核缓冲区
系统I/O的读操作：从内核缓冲区——调用read()函数复制到程序缓冲区（用户空间）
mmap内存映射：
优点：
1.直接将磁盘数据映射到用户空间内存中，避免了标准I/O和系统调用I/O多余的数据拷贝。同时还减少了系统调用次数，性能提升明显。
2.多个进程映射到同一个文件对象的时候，数据是在进程间共享的。私有的内存区域写入时是写时复制。
缺点：
1.内存映射是以页为单位映射，若是文件太小则会造成过多的内存碎片。
几个术语：
synchronized（同步化）：
对于写入操作：进程会等待数据刷新至磁盘后才返回。确保缓冲区数据和磁盘数据是一致的。
对于读取操作：读取操作总是同步化的，因为读取旧的数据没有意义。可以理解为读取磁盘的数据。
nonsynchronized（非同步化）：
synchronous（同步）：
对于写入操作：进程会等待写入操作写进内核缓冲区以后才返回。
对于读取操作：进程会等待所要读取的数据写到用户空间缓冲区后才返回。
asynchronous（异步）：
对于写入操作：进程发起写操作请求就返回，无论是否有数据还在用户空间缓冲区。
对于读取操作：进程发起读操作请求就返回，无论是否有数据可供读取。
