Apue.2e学习笔记chapter3
本章学习文件I/O。
不带缓冲指的是每个读写操作都会调用内核中的一个系统调用。
File descriptor
相当于win下的文件句柄，一般0：stdin,1:stdout,2:stderr，在依从POSIX标准的系统中，使用宏STDIN_FILENO,STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO来确定，最好不用硬编码。
文件描述符的取值范围是0~OPEN_MAX。
open function
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, into flag, … /*mode_t mode */)
flag包括O_RDONLY, O_WRONLY和O_RDWR（以上3选1），和O_APPEND, O_CREAT, O_EXCL（测试是否存在），O_TRUNC, O_NOCITY（终端相关），O_NONBLOCK（非阻塞，对FIFO、块文件或字符设备文件有效），SUS扩展选项：O_DYSNC（每次write等待物理I/O完成，属性除外），O_RSYNC（读同步），O_SYNC（写操作，包括属性，在不同系统上实现不太一样）。
open操作返回的文件描述符一定是未用的最小文件描述符。
如果文件名长度大于NAME_MAX有的系统会直接截断，有的会返回出错。_POSIX_NO_TRUNC确定了遵从哪种行为，如果=1，那么出错，设置errno；否则直接截断。
creat function
令人蛋碎的create函数，别问为啥没有最后的e，这个问题去问ken大神。
int creat(const char *pathname, mode_t mode)
这个函数现在一般不用了，等价于open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)，之所以存在，是对旧系统的兼容。
close function
#include <unistd.h>
int close(int filedes)，同上面的一样，失败返回-1
lseek function
off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence)
通过whence参数描述具体的行为，可以是SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END,具体意思和ISO C中一致。如果是确定当前偏移量，可以用lseek(fd,0,SEEK_CUR)
off_t的实现根据平台有所变化，一般有32位和64位两种。可以使用sysconf确认，这里标准有些混乱。
注意：某些设备的偏移量可能是负值，因此对结果，确认失败与-1比较是否相等比确认负值更为妥当。
如果写入内容超出文件末端，文件大小会被扩大，但是两块内容之间的空洞是否占用空间是由具体实现决定的。
read function
sszie_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes)；//posix.1
int read(int filedes, char *buf, unsigned nbytes)；//经典
返回读到的字节数（或-1），读到EOF则返回0
write function
sszie_t write(int filedes, const void *buf, size_t nbytes)
类似read，失败的原因多半是磁盘空间已经写满，或文件大小超限。
对于Unix系统，字符和二进制没有区别…换句话说，一切皆字符。
buf大小的选择，一般与文件系统的block长度相关，可以通过实验得出恰当值。
文件共享
系统有一张进程表，每个进程在其中有一个记录项，记录项包含一张该进程打开的所有文件的描述符表，这个表格主要包含两项内容：文件描述符标志和对应的文件表项指针；后者包含文件状态标志、文件偏移量和指向该文件v节点表项的指针。v节点包含了文件类型和对此文件进行各种操作的函数的指针，此外还可能包含了文件的i节点（索引节点）。i节点是文件的固有属性，包含文件的所有者、文件长度、文件所在的设备和指向文件实际数据块在磁盘所在位置的指针。
以上描述根据实现不同而有所不同，Linux没有v节点，采用了一个独立于文件系统的i节点和一个依赖于文件系统的i节点。
一个给定的文件只有一个v节点表项，但是打开该文件的每个独立进程都有自己的文件表项（以维持各自的偏移量）。当写入的偏移量超出文件长度，i节点中的对应信息也会更新为文件偏移量。
可能有多个文件描述符项指向同一个文件表项；文件状态标志会影响所有指向该文件表项的任何进程中的描述符。
原子操作
所谓原子操作，意思就是不能被打断的操作，要么执行，要么不执行，不能被暂停的操作，主要用于多线程同步。
SUS的扩展原子I/O，包括：
ssize_t pread(int filedes, void *buf, size_t nbytes, off_t offset)
ssize_t pwrite(int filedes, const void *buf, size_t nbytes, off_t offset)
注意这里直接将偏移量做为参数，因此相当于将lseek和read/write合并为一个原子（当然，不更新文件偏移量指针）
open(fd, O_CREAT | O_EXCL)也可以作为一个原子，意思是如果不存在就创建文件，否则返回-1，O_TRUNC也有类似的效果。
dup和dup2
复制文件描述符的函数（命名方式非常糟糕）。
int dup(int filedes);
int dup(int fiedes1, int filedes2)
前者一定返回可用的最小文件描述符，后者可以通过filedes2指定（如果filedes2已经打开，需要先将其关闭，如果两个参数相等就不用关闭了）。
dup后的描述符共享文件表项，所以需要使用原子函数读写。
另外，可以使用万用函数fcntl进行复制，dup1: fcntl( fd, P_DUPFD, 0); dup2: close(fd2); fcntl(fd1, F_DUPFD,fd2)，注意后者不是原子操作。
sysc, fsync和fdatasync
用于高速缓存的读写同步。
sync最简单，会将所有修改过的块缓冲区排入写队列，然后返回（作用于全局），并不等待写完成。系统守护进程会周期地调用该函数维护系统。
fsync(fd)，作用于单一文件描述符，等待写操作结束。
fdatasync类似于fsync，但是只更新数据，不更新属性。（并非所有系统都支持）
fctnl function
字面意思就是文件操作函数，万用函数。主要用来改变已经打开文件的性质。
#include <fctnl.h>
int fctnl(int filedes, int cmd, … /* int arg */ )
行为依赖于cmd，包括：
- F_DUPFD，复制文件描述符，前面有相关描述，从略；
- F_GETFD, F_SETFD，获得/设置文件描述符标记，现在只有一个：FD_CLOEXEC（执行时是否关闭）；
- F_GETFL, F_SETFL，获得/设置文件状态标志，即O_xxx一系列open函数使用的标志；
- F_GETOWN, F_SETOWN，获得/设置异步I/O所有权，见14章；
- F_GETLK, F_SETLK, F_SETLKW，获得/设置记录锁；
对于F_GETFL/F_SETFL，有个比较蛋碎的地方，它们共占一位，如果需要取得具体的，先要把结果与O_ACCMODE相与，然后再和3个读取方式逐一比较；其他的就直接位与就行了，=1说明对应标志置位。
ioctl function
字面意思是I/O控制函数，万用函数。
#include <unistd.h> /*system V*/
#include <sys/ioctl.h> /*BSD and Linux*/
#include <stropts.h> /*XSI STREAMS*/
int ioctl(int filedes, int request, …)
这货是SUS的一个扩展，功能非常多。通常最后一个参数是指向一个变量或结构的指针。除了这个头文件之外，还需要其操作设备的头文件。每个设备驱动都可以自定义自身的ioctl命令，因此它的用法非常多。
/dev/fd
非POSIX.1特性。打开/dev/fd/n，相当于复制描述符n（假设n是打开的），主要用于shell。
有些系统可能直接提供/dev/stdin, /dev/stdout和/dev/stderr来表述标准流。
有些bash shell中，可以使用 '-'来表述标准输入，但是如果有/dev/fd/0或/dev/stdin，显然使用后者更清晰。
