Uinix 文件I / O

Unix文件I/O
大多数UNIX文件I/O只需用到5个函数：open、read、write、lseek以及close,经常被称之为不带缓存的I/O（unbufferedI/O，与标
准I/O函数相对照）。术语——不带缓存指的是每个read和write都调用内核中的一个系统调用。
这些不带缓存的I/O函数不是ANSIC的组成部分，但是是POSIX.1和XPG3的组成部分。
只要涉及在多个进程间共享资源，原子操作的概念就变成非常重要。我们将通过文件I/O
和传送给open函数的参数来讨论此概念。并进一步讨论在多个进程间如何共享文件，并涉及内
核的有关数据结构。在讨论了这些特征后，将说明dup、fcntl和ioctl函数。
1.文件描述符
对于内核而言，所有打开文件都由文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。当打开
一个现存文件或创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。当读、写一个文件时，
用open或creat返回的文件描述符标识该文件，将其作为参数传送给read或write。
按照惯例，UNIXshell使文件描述符0与进程的标准输入相结合，文件描述符1与标准输出
相结合，文件描述符2与标准出错输出相结合。这是UNIXshell以及很多应用程序使用的惯例，
而与内核无关。尽管如此，如果不遵照这种惯例，那么很多UNIX应用程序就不能工作。
在POSIX.1应用程序中，幻数0、1、2应被代换成符号常数STDINFILENO、STDOUTFILENO和STDERRFILENO。这些常数都定义在头文件<unistd.h>中。
文件描述符的范围是0~OPENMAX(见表2-7)。早期的UNIX版本采用的上限值是19(允许
每个进程打开20个文件)，现在很多系统则将其增加至63。
SVR4和4.3+BSD对文件描述符的变化范围没有作规定，它只受到系统配置的
存储器的总量、整型字的字长以及系统管理员所配置的软性或硬性限制的约束。

 

open函数
调用open函数可以打开或创建一个文件。
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
intopen(constcharpa*thname,intoflag,.../*,mode_tmode*/);
返回：若成功为文件描述符，若出错为-1

pathname是要打开或创建的文件的名字。oflag参数可用来说明此函数的多个选择项。用下
列一个或多个常数进行或运算构成oflag参数(这些常数定义在<fcntl.h>头文件中)：
•O_RDONLY只读打开。
•O_WRONLY只写打开。
•O_RDWR读、写打开。
在这三个常数中应当只指定一个。下列常数则是可选择的：
•O_APPEND每次写时都加到文件的尾端。3.11节将详细说明此选择项。
•O_CREAT若此文件不存在则创建它。使用此选择项时，需同时说明第三个参数mode，
用其说明该新文件的存取许可权位。(4.5节将说明文件的许可权位，那时就能了解如何说明
mode，以及如何用进程的umask值修改它。)
•O_EXCL如果同时指定了OCREAT，而文件已经存在，则出错。这可测试一个文件是
否存在，如果不存在则创建此文件成为一个原子操作。3.11节将较详细地说明原子操作。
•O_TRUNC如果此文件存在，而且为只读或只写成功打开，则将其长度截短为0。
•O_NOCTTY如果pathname指的是终端设备，则不将此设备分配作为此进程的控制终端。
•O_NONBLOCK如果pathname指的是一个FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件，
则此选择项为此文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式。12.2节将说明此工作
方式。
•O_SYNC使每次write都等到物理I/O操作完成
由open返回的文件描述符一定是最小的未用描述符数字。这一点被很多应用程序用来在标
准输入、标准输出或标准出错输出上打开一个新的文件

intcreat(constcharpat*hname,mode_tmode);
注意，此函数等效于：
open(pathname,O_WRONLY｜OCREAT｜O_TRUNC,mode);
在早期的UNIX版本中，open的第二个参数只能是0、1或2。没有办法打开一
个尚未存在的文件，因此需要另一个系统调用creat以创建新文件。现在，open函
数提供了选择项OCREAT和OTRUNC，于是也就不再需要creat函数了。

#include<unistd.h>
intclose(intfiledes)；
返回：若成功为0，若出错为-1

#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
off_tlseek(intfiledes,off_toffset,intwhence);
返回：若成功为新的文件位移，若出错为-1
每个打开文件都有一个与其相关联的“当前文件位移量”。它是一个非负整数，用以度量
从文件开始处计算的字节数。通常，读、写操作都从当前文件位移量处开始，并使位移量增加所读或写的字节数。按系统默认，当打开一个文件时，除非指定OAPPEND选择项，否则该位移量被设置为0。
对参数offset的解释与参数whence的值有关。
•若whence是SEEKSET，则将该文件的位移量设置为距文件开始处offset个字节。
•若whence是SEEKCUR，则将该文件的位移量设置为其当前值加offset,offset可为正或负。
•若whence是SEEKEND，则将该文件的位移量设置为文件长度加offset,offset可为正或负。
若lseek成功执行，则返回新的文件位移量，为此可以用下列方式确定一个打开文件的当前
位移量：
off_tcurrpos;
currpos=lseek(fd,0,SEEK_CUR);
这种方法也可用来确定所涉及的文件是否可以设置位移量。如果文件描述符引用的是一个管道
或FIFO，则lseek返回－1，并将errno设置为EPIPE。
lseek仅将当前的文件位移量记录在内核内，它并不引起任何I/O操作。然后，该位移量用
于下一个读或写操作。
文件位移量可以大于文件的当前长度，在这种情况下，对该文件的下一次写将延长该文件，
并在文件中构成一个空洞，这一点是允许的。位于文件中但没有写过的字节都被读为0。
实例

#include<unistd.h>
ssize_tread(intfiledes,void*buff,size_tnbytes);
返回：读到的字节数，若已到文件尾为0，若出错为-1
有多种情况可使实际读到的字节数少于要求读字节数：
•读普通文件时，在读到要求字节数之前已到达了文件尾端。例如，若在到达文件尾端之
前还有30个字节，而要求读100个字节，则read返回30，下一次再调用read时，它将返回0(文件
尾端)。
•当从终端设备读时，通常一次最多读一行。
•当从网络读时，网络中的缓冲机构可能造成返回值小于所要求读的字节数。
•某些面向记录的设备，例如磁带，一次最多返回一个记录。

#include<unistd.h>
ssize_twrite(inftiledes,constvoidb*uff,size_tnbytes);
返回：若成功为已写的字节数，若出错为-1
对于普通文件，写操作从文件的当前位移量处开始。如果在打开该文件时，指定了
OAPPEND选择项，则在每次写操作之前，将文件位移量设置在文件的当前结尾处。在一次
成功写之后，该文件位移量增加实际写的字节数。

#include<unistd.h>
intdup(intfiledes);
intdup2(intfiledes,intfiledes2);
两函数的返回：若成功为新的文件描述符，若出错为-1
由dup返回的新文件描述符一定是当前可用文件描述符中的最小数值。用dup2则可以用filedes2
参数指定新描述符的数值。如果filedes2已经打开，则先将其关闭。如若filedes等于filedes2，则
dup2返回filedes2，而不关闭它。
文件描述符:文件状态标志,当前文件位移量,v节点指针
dup(filedes);<=>fcntl(filedes,F_DUPFD,0);
dup2(filedes,filedes；2);<=>close(filedes2);fcntl(filedes,F_DUPFD,filedes2);
，dup2并不完全等同于close加上fcntl。它们之间的区别是：
(1)dup2是一个原子操作，而close及fcntl则包括两个函数调用。有可能在close和fcntl之间
插入执行信号捕获函数，它可能修改文件描述符。
(2)在dup2和fcntl之间有某些不同的errno。

fcntl函数可以改变已经打开文件的性质。
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
intfcntl(intfiledes,intcmd,.../*intarg*/);
返回：若成功则依赖于cmd(见下)，若出错为-1
fcntl函数有五种功能：
•复制一个现存的描述符（cmd＝FDUPFD）。
•获得/设置文件描述符标记（cmd=FGETFD或FSETFD）。
•获得/设置文件状态标志（cmd=FGETFL或FSETFL）。
•获得/设置异步I/O有权（cmd=FGETOWN或FSETOWN）。
•获得/设置记录锁（cmd=FGETLK,FSETLK或FSETLKW）。

ioctl函数是I/O操作的杂物箱。不能用本章中其他函数表示的I/O操作通常都能用ioctl表示。
终端I/O是ioctl的最大使用方面
#include<unistd.h>/*SVR4*/
#include<sys/ioctl.h>/*4.3+*B/SD
intioctl(intfiledes,intrequest,...);
返回：若出错则为-1，若成功则为其他值