Apue第三章

PS:推荐最近刚撸完的一本书<linux程序设计>，此书着重讲述了关于linux下程序设计的一些简单设计，但是不够深入，拿来入门还是非常不错的，如果apue读着有些困难，那么此书是一个不错的选择。再分享一个提问须知：https://zhuanlan.zhihu.com/p/20752519

Apue中文第三版下载地址：http://download.csdn.net/download/xiaoyu5256/9803116

  废话少说，开始第三章。我还是直接拿实例程序直接干，书上的原理性问题我会用通俗的语言来描述，主要是为了让新手更好的理解。

  文件i/o，顾名思义，in and out，举个例子，当你打开一个文件的时候，就和你打开一本书是一个道理，是看书，还是去写，是你来决定的。再说几个关于本章的几个关键性词语，以下是对原理的阐述。

  三个幻数0:in(STDIN_FILENO) 1:out(STDOUT_FILENO) 2:error(STDERR_FILENO)(一会用到了就明白了)

  文件描述符:非负数，通俗来讲就是当你打开一个文件的时候，计算机会找一个数字来表示你当前打开的文件流，最大是63.

  偏移量:你可以把文件看成一条定长的公路，这个长度也就是是文件所占的磁盘块数大小，你如果想使公路增加长度，那么你需要阔路，但这并不是真实的文件大小，只是表面的，路还是那么长。你想扩展的大小就是所谓的偏移量。

  相对路径和绝对路径:相对路径就是相对于当前文件所在目录的文件所在位置，绝对路径就是相对于根目录（/）的文件所在位置。

  文件空洞:一会用代码说明，看下这篇博客也可以(http://blog.csdn.net/clamercoder/article/details/38361815)(空洞文件作用很大，例如迅雷下载文件，在未下载完成时就已经占据了全部文件大小的空间，这时候就是空洞文件。下载时如果没有空洞文件，多线程下载时文件就都只能从一个地方写入，这就不是多线程了。如果有了空洞文件，可以从不同的地址写入，就完成了多线程的优势任务。)

  缓冲区:缓冲区大致分为用户缓冲区和内核缓冲区，都是在内存当中，用户缓冲区是用户可以直接操作的。这两者之间的数据频繁交换非常的占用系统资源

  原子操作:比方说小明喜欢上了一个女神，他想让女神直到自己的爱慕，此时假设他有两种选择，第一种是让女神的室友吹枕边风，那么他需要先告诉女神室友自己的爱慕之情，之后女神室友去旁敲侧击。第二种是直接向女神告白，成不成在此一搏。两者都可以完成小明的倾诉，但是假设女神室友还没有旁敲侧击的时候，隔壁老王趁机向女神告白把女神拿下了，小明就尴尬了2333，我个人偏向第二种，第二种便是原子操作，但是也需要看什么样的情况再做决断。

  用户态和内核态：一般的程序或者说是进程是运行在用户态的，他们需要向网络发送数据的时候，数据会从用户缓冲区到内核缓冲区再发送到网络上。举个简单的例子，线程池：当有一个用户连接过来的时候，此时再去创建线程进行服务是需要用户态和内核态之间切换的，频繁的切换占用大量cpu时间片。所以我先创建很多线程等待用户的连接，节省了两者的切换，提高了性能。有点扯远了，大致就是这样。

  | & ^：这三个位操作符，自己查一下吧。(我手边的书上就有：c++primer第六版的137页)

  文件访问权限:随便ls -l一个文件看看，文件所有者权限，用户组权限，其他用户权限，看一下鸟哥的书吧，上边写的很详细，隐藏文件权限和umask也着重去看以下，将来也会用到。

  书中在open和openat函数后写了很多关于标志位的解释，在后面的程序都会有用到，所以可以先跳过，用到的时候可以再回来查询。

  虽然很枯燥，但是还是需要继续看代码。

#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int main(){    if(lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR) == -1)        printf("cannot seek\n");    else {        printf("seek OK\n");    }    exit(0);}

 1. SEEK_SET，文件偏移量将被设置为 offset。 

  2. SEEK_CUR，文件偏移量将被设置为当前值加上 offset，offset可以为正也可以为负。 

  3. SEEK_END，文件偏移量将被设置为文件长度加上 offset，offset可以为正也可以为负。

此程序是测试文件是否可以被设置偏移量，代码很简单，不再多说。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<fcntl.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <unistd.h>#define FILE_MODE 0644char buf1[] = "abcdefghij";char buf2[] = "ABCDEFGHIJ";int main(){int fd;if((fd = creat("file.hole", FILE_MODE)) < 0)perror("create error\n");if(write(fd, buf1, 10) != 10)perror("buf1 write error");if((lseek(fd, 16384, SEEK_SET)) == 10)perror("lseek error");if(write(fd, buf2, 10) != 10)perror("buf2 write error");exit(0);}

这个程序是创建一个具有空洞的文件，使用ls查看该文件大小你会发现它和没有空洞的文件是一样的，但是所占的磁盘块(block)不一样，具有空洞的文件占的很少，也就是说，其表面大小和物理大小是完全不同的，见博客http://blog.csdn.net/clamercoder/article/details/38361815

关于多个文件描述符打开同一个文件的说明：

由此图可以看出当前文件偏移量和当前文件长度不是一个东西，偏移量大于文件长度就造成了文件的空洞，而前面所说的文件描述符也就是上图中进程维护的一张表。i节点中的文件长度表示的是实际所占的磁盘块数量。值得注意的是lseek只改变文件偏移量大小，并不进行任何IO操作。

Dup函数的功能就是如上图所示，书上讲述的也很明白，不再赘述。

  原子操作上文也用了通俗的语言去解释，书上举得例子是lseek之后去read，也就是先去更改偏移量，然后再去写，这里面实际上是牵涉了内核用户态切换的内容。直接pwrite是一个原子操作，也就是直接陷入内核态去执行写操作。

  Fcntl函数在后边的网络编程中经常用到，用来去设置一个非阻塞socket。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<fcntl.h>intmain(int argc, char *argv[]){int val;if(argc != 2)perror("usage: fcntl_2 <description#>");if(val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0) < 0)printf("fcntl error for fd %d", atoi(argv[1]));switch(val & O_ACCMODE){case O_RDONLY:printf("read only");break;case O_WRONLY:printf("write noly");break;case O_RDWR:printf("read write");break;default:perror("unknown access mode");}if(val & O_APPEND)printf(", append");if(val & O_NONBLOCK)printf(", nonblocking");if(val & O_SYNC)printf(", synchronous writes");#if !defined(_POSIX_C_SOURCE) && defined(O_FSYNC) && (O_FSYNC != O_SYNC)if(val & O_FSYNC)printf(", synchronous writes");#endifputchar('\n');exit(0);}

程序也不难，先获取一个文件描述符的当前标志位，使用O_ACCMODE这个宏作为一个掩码与文件状态标识值做AND位运算，产生一个表示文件访问模式的值，然后判断该文件该文件访问权限。书中的set_fl函数是经常用的，请牢记在心。

关于内核和用户态切换开销的问题我本周会用netcat进行一个小的网络测试来说明这个问题。