Apue学习：File I/O

一些概念

文件的基本类型与权限

首先要知道LINUX中一切都是文件，文件有好多种类型，一般有普通文件，目录文件，连接文件。一个文件一般有9个权限，分别是所有者的权限，群组权限，其他人的权限。
文件还有一些时间参数：access time, modification time , change-status time。
access time指的是文件的最近读取时间。
modification time指的是文件内容的最近修改时间。
change-status time值的是文件权限的最近修改时间。

文件的类型与权限属性一般在mode_t这个类型里面。可以用
S_ISXXX宏来判断一个文件的类型，这个宏的参数是mode_t类型。

文件描述符，打开文件表，inode

• inode，一个inode对应于一个物理上的文件。它包括了文件的大小，所有者ID，群组ID,读写权限，3个时间戳，连接数，文件数据的block位置
• 打开文件表，由内核维护。一个打开文件表中会有文件的一些信息，包括对于这个文件我的偏移是多少等等。有了这个打开文件表，这样每个进程都可以有不同的文件偏移了。
• 文件描述符，有进程维护，他包括一些文件描述符的flag，以及指向那个打开文件表。

open函数

int open(const char *path, int oflag, ... /*mode_t mode */)

path：指文件的位置
oflag：有很多，一般有5个是互斥的

• O_RDONLY
• O_WRONLY
• O_RDWR
• O_EXEC
• O_SEARCH
  上面这五个有且只能有一个出现在oflag中

下面再说以其他比较重要的参数：

• O_APPEND：指的是每次调用write函数时，都会从文件的inode中读取当前文件大小，然后在文件末尾去写。
• O_CLOEXEC：主要是为了进程调用exec函数族之后，是否要关闭进程打开的这个文件。
• O_CREAT：没有改文件就去创建一个。
• O_SYNC：每次调用write时，都会确保文件都写入磁盘了，write才返回。
• O_TRUNC：将打开文件的大小设置为0

注意点：
open返回的是当前可以使用的最小的文件描述符。

creat函数

int creat(const char *path, mode_t mode);/* 这个函数返回的是一个write-only的文件描述符，出错返回-1。 mode表示的是文件的那9个权限*/

lseek函数

用途：用于定位一个打开的文件

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)/* whence:     SEEK_SET：从头开始+offset     SEEK_CUR:从当前位置+offset     SEEK_END:从文件结束位置+offset 返回的是新的offset；失败返回-1*/

注意点

1. 可以在SEEK_END后加一个大的offset，然后写入，这样会造成文件黑洞。文件黑洞不占用磁盘内容，但是会记录在文件大小中。
2. 如果要每次都在文件末尾写，并且是在多线程环境中，最好设置文件的O_APPEND属性，因为虽然会有lseek定位到文件末尾，但是此时在调用write会从打开文件表中寻找文件偏移。具体看write函数。
3. 如果有两个process打开了同一文件，那么内核会有两个打开文件表，这两个打开文件表指向同一个文件。如下图：
   

write函数

sszie_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);/* 返回的是你写入的数量 */

注意点：
1.write一个文件时，文件表中的file offset会移动。如果write一个文件时，他的offset超过了文件的大小，那么就会设置该文件inode中的大小为当前offset大小。
2.如果文件的flag是O_APPEND，那么每次写的时候文件表中的offset都会设置为inode中的文件大小。
3.如果我们是从lseek获取文件的末尾时，也会从inode获取文件大小，并且设置文件表中的对应值。但是如果是多线程时，lseek之后发生进程切换，并且另一个进程也写到这个文件，就会发生第一个进程写的时候写的不是文件末尾。

例子：

if(lseek(fd, 0, SEEK_END) < 0)    err_sys("lseek error");if(write(fd, buf, 100) != 100)    err_sys("write error");

上面的这个程序，如果在多线程环境中，可能会出现bug，如果有A执行了lseek，定位到了文件末尾。然后进程调度，现在轮到B执行且写入到了这个文件中，这时再由A执行时，A对于这个文件的偏移就不是文件末尾了。这一点一定要理解。

sync与fsync函数

int fsync(int fd); /* 成功返回0， 失败返回-1 */void sync(void);

kernel会维护一个buffer，把一些数据保存在这个buffer中。kernel会把所有延迟写的数据块在buffer已经要回收时写到硬盘中。
注意点：
sync 只是下达命令表示所有在排队的写数据要写到磁盘了，然后就返回，再由内核负责把数据写到磁盘，但是后面这个过程sync就不知道了。
fsync，就不一样了，他表示的是我要等到我这个文件写到磁盘，我再返回。通过fsync，文件的属性也会同时被更新

fcntl函数

说明：
fcntl函数可以改变一个打开文件的属性
注意要设置文件的属性时，若果想要有以前的属性，那么要先获得，然后再去设置，因为设置是把文件一下都设为那个属性

int fcntl(int fd, int cmd, .../* int arg */); /* 返回值依赖于cmd */

使用环境即对应的cmd：

cmd的取值即说明：
1.F_DUPFD与F_DUPFD_CLOEXEC

F_DUPFD会把新的文件描述符中的flags字段的FD_CLOEXEC属性清掉，而F_DUPFD_CLOEXEC不会

2.F_GETFD, F_SETFD

用来获取以及设置文件描述符的flags
F_GETFD与F_SEETFD都是与file descriptor flags有关，注意区分

3.F_GETFL, F_SETFL

F_GETFL与F_SETFL都是与file status flags有关
上面5个属性是互斥的，即是说有且只能有一个，所以测试时要先使用O_ACCMODE与val(我们获得的file status flag)&一下.
如图：

创建文件的4个主要步骤

1.先找到一个可用的inode，并得到他的编号:inode number
2.然后给文件分配block
3.在inode的磁盘分区表中填入我们分配的block
4.将”inode number, 文件名”填入目录文件的block中。

注意：
inode是识别文件的唯一标识，所有的文件最终都是通过inode 来识别的。

磁盘的抽象过程

1.从磁盘到分区

一个磁盘可以被划分成不同的区域，每个不同的区域可以看成是一个独立的磁盘。

2.从磁盘到块文件

磁盘的上的每个磁道可以划分成扇区，这个扇区就是一个块，它是一个基本的磁盘存储单元，一般大小为512B。我们可以给这些扇区编号，形成块序列

3.从块序列到三个区域的划分

这三个区域为：
super block, 磁盘属性（比如inode table ,block table), data(数据区)

设备文件

与磁盘文件的不同

• 磁盘文件：由字节组成
• 设备文件：是一种链接，设备文件的i-node存储的是指向内核子程序的指针（这个内核子程序就是设备驱动器）。设备分为主设备号与从设备号，主设备号就代表了这一类设备，而从设备指的是具体的是哪个设备。使用ls查看一个设备文件，可以得到xx,yy:xx就是主设备号，yy表示从设备号。

磁盘文件的连接

所谓连接就是文件打开表的属性。
其中重要的有O_SYNC,O_APPEND。

注意：
O_CREAT与O_EXCL组合可以消除一个竞争：
如果两个进程同时创建相同的文件，一般操作是先用stat查看文件是否存在，然后调用creat。O_EXCL与O_CREAT组合可以让这两个操作变成一个原子操作。