apue 第三章 文件I/O

文件描述符

• 对于内核，所有打开的文件都通过文件描述符引用
• STDIN_FILEOUT,STDOUT_FILEOUT,STDERR_FILEOUT,0，1，2是unix系统shell的标准文件描述符

文件偏移量 lseek

• 每一个打开的文件都有一个相关的文件偏移量，文件的读写操作都是从偏移量开始的
• lseek可以设置文件的偏移量，返回设置后的偏移量，如果文件描述符指向的是一个管道，网络套接字，不能设置偏移量返回-1
• 返回当前文件偏移量，还可以检测当前文件描述符能否设置偏移量

#include "apue.h"
int 
main(void)
{
    if (lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR) == -1) 
        printf("cannot seek\n");
    else
        printf("seek OK \n");
    exit(0);
}

• 如果设置的偏移量大于当前文件的长度，对文件的下一次写会加长文件，没有写的字节置为0, 形成一个 空洞,可能会引起磁盘使用的增加

IO效率

• 进程关闭时,会关闭所打开的文件描述符
• 大多数文件系统在读取文件会采取某种预读技术,试图读入比缓冲区更多的数据到内存中。所以读入某些大小缓冲区的数据消耗时间是差不多的。

文件共享 相关资料:p61

• 内核使用3种数据结构表示打开文件，他们之间的关系决定了在文件共享时，一个文件对另外一个文件的影响

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1. 每个进程在进程表中都有一个进程表项,包含了一张进程打开文件的 文件描述表 包含了打开的 文件描述符标志 ,指向一个文件表项的 指针
2. 内核为每个打开的文件维护了一张文件表( 文件表项 ) 包含了文件的 状态标志(读，写，等), 当前文件的 偏移量 ,指向该文件的 V节点表项 指针
3. V节点 包含了文件信息和文件的操作函数指针,同时包含了 i节点(存储文件长度)

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原子操作问题

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• 进程A B共同写一个文件,有2个文件表项,但是共享一个v节点。A调用lseek设置偏移量为1500,内核切换进程B,也设置1500偏移量,然后B调用wrtie写100字节数据，偏移量变为1600,i节点的文件长度更新为1600。此时A的文件偏移量还是1500，调用write写数据，就会把B的数据覆盖
• 在这过程中，先定位到文件的尾端(lseek),然后写(write),使用的是2个不同的函数，在这2个函数调用之间内核可能会挂起进程，去执行另外一个进程。可以在打开文件的时候设置 O_APPEND 标志，每次写操作前，都将当期偏移量设置到文件的末尾
• 原子操作 是指由多步执行的一个操作，则要么执行完所有操作，要么一步也不执行

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dup dup2

• dup 和 dup2可以复制一个文件描述符,文件描述符共享同一个文件表项，包括文件状态标志,当前文件偏移量。
• dup2可以显示的指定文件描述符值

sync fsync

• 向文件写入数据,数据会先写入缓冲区(页高速缓存)，然后排入队列，依次写入磁盘,这种方式称为延迟写
• sync 会将缓冲区的数据排入队列就结束，不等待写入磁盘，内核会有一个update定时调用sync，定时冲洗缓冲区
• fsync 只对文件描述符fb的文件起作用，写磁盘结束才返回

fcntl

• fcntl 可以改变或获取文件的描述符和状态标志,这在无法得到shell打开的文件名时很有用,只需要知道描述符,就修改属性

#include "apue.h"
#include <fcntl.h>

int
main(int argc, char *argv[])
{
    int     val;

    if (argc != 2)
        err_quit("usage: a.out <descriptor#>");

    if ((val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0)) < 0)
        err_sys("fcntl error for fd %d", atoi(argv[1]));

    switch (val & O_ACCMODE) {
    case O_RDONLY:
        printf("read only");
        break;

    case O_WRONLY:
        printf("write only");
        break;

    case O_RDWR:
        printf("read write");
        break;

    default:
        err_dump("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");
#endif

    putchar('\n');
    exit(0);
}

• 1:标准输入 2:标准输出 3:错误 5:shell <>:标识用文件描述符5打开数据
• 在使用fctnl修改文件描述符或文件状态值时,需要先获得现在的标志值,然后按照期望修改
• 通过使用fsync 或者改变文件状态标志位O_SYNC时可以获得 延迟写

out :
➜  lesson_3 ./a.out 0</dev/tty
read only
➜  lesson_3 ./a.out 1>temp.foo 
➜  lesson_3 cat temp.foo 
write only
➜  lesson_3 ./a.out 2 2>>temp.foo  
write only, append
➜  lesson_3 ./a.out 5 5<>temp.foo 
read write