LINUX（UNIX）文件I/O学习
一、文件描述符
文件描述符是当打开或创建一个文件时，由内核向相应进程返回的标识（非负数，为int类型）。相应进程可以引用该标识对打开或创建的文件进行操作。
在unistd.h中定义了3个文件描述符：
标准输入 STDIN_FILENO 0
标准输出 STDOUT_FILENO 1
标准错误 STDERR_FILENO 3
二、打开/创建文件
通常用open、creat函数来打开和创建一个文件
1 #include <sys/types.h> 2 #include <sys/stat.h> 3 #include <fcntl.h> 4 5 //打开一个文件 6 int open(const char *pathname, int flags); 7 返回:若成功为文件描述符,若出错为- 1 8 //创建一个文件 9 int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); 10 返回:若成功为文件描述符,若出错为- 1 11 //以只写的方式创建一个文件 12 int creat(const char *pathname, mode_t mode); 13 返回:若成功为文件描述符,若出错为- 1
open函数可以用来打开一个文件，同时也可以用来创建一个文件，返回文件描述符，并且该文件描述符一定为当前未用的最小的。
pathname：将要打开或将要创建文件的名字
flags：可以是一下的值或运算后的结果（注：前三个只能选一个）
O_RDONLY --以只读的方式打开文件
O_WRONLY --以只写的方式打开文件
O_RDWR --以可读可写的方式打开文件
O_APPEND --以在文件尾追加的方式打开文件
O_CREAR --若文件不存在则创建它，并且指明第3个参数mode
O_EXCL --若同时指明了O_CREAT时，若文件已存在则报错，若不存在则创建文件（检测与创建绑定在一起为原子操作）
O_TRUNC --如果此文件存在，而且为自读或只写打开，则将其长度截断为0
O_NOCTTY --如果p a t h n a m e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p a t h n a m e指的是一个F I F O、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。
O_SYNC --使每次w r i t e都等到物理I / O操作完成。
O_SYNC --选择项不是P O S I X . 1的组成部分,但S V 保证在一个给定的描述符
mode：
对于creat函数，由于creat函数是已只写方式创建一个文件所以
creat(pathname, mode)等于open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)
三、关闭文件
用close函数关闭文件
1 #include <unistd.h> 2 3 int close(int fd);
指定相应的文件描述符就可以关闭打开的文件
四、当前文件位移量（针对打开过的文件）
打开的文件都有一个与该文件相关联的当前文件位置，当进行I/O操作时，就从该位置开始。lseek用来重新定位文件中的当前位置（也可以返回当前文件的位置）。
由于lseek的以前的返回类型以及offset都是long类型，因此为lseek
1 #include <sys/types.h> 2 #include <unistd.h> 3 4 off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
fd：相应文件描述符
offset:在文件中相对与whence的位移量
whence:标识在文件中的特定位置，有3个值
SEEK_SET:指文件开头
SEEK_CUR:指当前文件的位置
SEEK_END:指文件的尾
lseek(fd, 0, SEEK_CUR)用来返回文件的当前位置。
对与刚刚打开的文件一般是返回0，当以O_APPEND打开时，返回的为非零，为文件尾。
如果用lseek函数修改的当前位移量超过文件的当前长度时，该文件会形成文件空洞，文件空洞是不占用磁盘空间的，但是当读文件时，会将文件空洞读作0。
五、I/O操作
I/O操作包括对文件的读写操作，因此用到了read，write函数
1 #include <unistd.h> 2 3 ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); 4 5 ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
fd：相应文件的文件描述符
buf：读/写的缓冲区
count：对read，为要读的字节数，对write，为buf的大小
对read：
当读普通文件时,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3 个字节,而要求读 10个字节,则read返回3,下一次再调用re ad时,它将返回0 (文件尾端)。也就是说当读到文件尾是，最后一次读一定是返回0。
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。
对write：
write出错原因：
1.磁盘满
2.超出了文件长度的限制
write，read后都会修改文件的当前位移
六、内核中与文件相关的3个数据结构
在操作系统内核中维护这文件的相关信息，他们的关系如下：
操作系统为维护进程，设定了一个进程表，每一个进程在进程表中都单独占一个记录项
每个进程为维护打开的文件，设定一个文件描述符表（1），没一个文件描述符在该表中单独占一个记录，并且一个记录由两项组成：
1.文件描述符标志
2.指向文件表的指针
文件表中又包括了3项
1.文件状态标志（O_RDONLY | O_WRONLY...）
2.文件的当前位移（参见四、文件的当前位移量）
3.指向v节点的指针（v节点，文件的虚拟文件系统）
v节点包括的信息
1.v节点的信息
2.i节点的信息
3.文件的长度
当两个相互独立的进程打开同一个文件时，他们各自会分别获得一个文件描述符表，一个文件表，但是文件表中的v节点指针会指向同一个v节点。
此时当值进行文件读时，两个进程各不相干，都能正常进行，这是因为两个进程都有一个独立的文件表（包含一个文件当前的位移量，这个仅属于当前进程）。当进行文件写时，可能发生问题，例如，当打开文件时两个进程（A，B）的都将文件的当前位移量置为0，此时进程A先对该文件写如1000个字节，写过后，更改文件的当前位移量为1000，以及文件的长度为1000，此时进程B对该文件进行写（注意此时对B进程来说文件的当前位移量并没有变还是0），此时B进程写过1000个字节后恰好覆盖了A进程写入的，造成了写覆盖。
当然这个问题是可以解决的，只要在open文件时添加O_APPEND就能解决，因为这个标志规定将这两个操作（1.将文件表的文件当前位移量设为文件尾2.对文件写）作为原子操作，即每次写文件时，都会先修改文件的当前位移量为文件尾。这就是进程件文件共享的一个例子。
另外原子操作指的是将多个步骤的操作看成一个步骤，要么全做，要么不做。
七、改变打开文件的性质
要该变文的性质要用到fcntl，或者dup，dup2）（fcntl可以替代dup，dup2）
1 #include <unistd.h> 2 #include <fcntl.h> 3 4 int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
fd：相应文件描述符
cmd：用来确定fcntl的功能可以为下面的值
F_DUPFD:复制文件描述符
F_GETFD/F_SETFD:获得/设置文件描述符标志
F_GETFL/F_SETFL:获得/设置文件状态标志
还有其他，不过先学这几个
...:在ANSCI C中表示可以更多的参数
fcntl的功能：
正如cmd列出的，已个标志代表一个功能
1.复制文件描述符
复制描述符可以用dup，dup2，fcntl。
复制文件描述符后，使得新文件描述符和原有的文件描述符共享一个文件表，但是各自独占已个文件描述符表
1 #include <unistd.h> 2 3 int dup(int oldfd); 4 int dup2(int oldfd, int newfd);
newfd = dup(oldefd); 等同于 newfd = fcntl(oldfd, F_DUPFD);
dup2(oldfd, newfd)； 等同于
close(newfd);
fcntl(oldfd, F_DUPFD, newfd);
只是dup2为原子操作
dup2操作是，制定newfd为新的文件描述符，如果newfd已经打开了则先关闭在复制。
2.获得/设置文件描述符标志（目前仅仅有已一个标志位close_on_exec）及FD_CLOEXEC
用dup，dup2，fcntl复制文件描述符时，该值会被清除。
设置F_GETFD会获得FD_CLOEXEC的值（以函数返回值返回）
设置F_SETFD会将...参数的值设置给FD_CLOEXEC位（用到第3个参数）
3.获得/设置文件状态标志
设置F_GERFL会以函数返回值的形式返回文件的状态标志
由于O_RDONLY,O_WRONLY,O_RDWR只能设置一个，所以要先将返回值与O_ACCMODE相与再来判断是3个值的哪一个
而其他标志这不需要
设置F_SETFL会将函数的第三个参数的值赋给文件的状态标志
