apue 第三章 文件I/O

文件描述符

• 對(duì)于內(nèi)核刹前，所有打開的文件都通過文件描述符引用
• STDIN_FILEOUT,STDOUT_FILEOUT,STDERR_FILEOUT,0宋雏，1，2是unix系統(tǒng)shell的標(biāo)準(zhǔn)文件描述符

文件偏移量 lseek

• 每一個(gè)打開的文件都有一個(gè)相關(guān)的文件偏移量雏掠，文件的讀寫操作都是從偏移量開始的
• lseek可以設(shè)置文件的偏移量，返回設(shè)置后的偏移量纽绍，如果文件描述符指向的是一個(gè)管道署拟，網(wǎng)絡(luò)套接字婉宰，不能設(shè)置偏移量返回-1
• 返回當(dāng)前文件偏移量，還可以檢測(cè)當(dāng)前文件描述符能否設(shè)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);
}

• 如果設(shè)置的偏移量大于當(dāng)前文件的長(zhǎng)度推穷，對(duì)文件的下一次寫會(huì)加長(zhǎng)文件心包，沒有寫的字節(jié)置為0, 形成一個(gè) 空洞,可能會(huì)引起磁盤使用的增加

IO效率

• 進(jìn)程關(guān)閉時(shí),會(huì)關(guān)閉所打開的文件描述符
• 大多數(shù)文件系統(tǒng)在讀取文件會(huì)采取某種預(yù)讀技術(shù),試圖讀入比緩沖區(qū)更多的數(shù)據(jù)到內(nèi)存中。所以讀入某些大小緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)消耗時(shí)間是差不多的馒铃。

文件共享 相關(guān)資料:p61

• 內(nèi)核使用3種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示打開文件蟹腾，他們之間的關(guān)系決定了在文件共享時(shí)，一個(gè)文件對(duì)另外一個(gè)文件的影響

1. 每個(gè)進(jìn)程在進(jìn)程表中都有一個(gè)進(jìn)程表項(xiàng),包含了一張進(jìn)程打開文件的 文件描述表 包含了打開的 文件描述符標(biāo)志 ,指向一個(gè)文件表項(xiàng)的 指針
2. 內(nèi)核為每個(gè)打開的文件維護(hù)了一張文件表( 文件表項(xiàng) ) 包含了文件的 狀態(tài)標(biāo)志(讀区宇，寫岭佳，等), 當(dāng)前文件的 偏移量 ,指向該文件的 V節(jié)點(diǎn)表項(xiàng) 指針
3. V節(jié)點(diǎn) 包含了文件信息和文件的操作函數(shù)指針,同時(shí)包含了 i節(jié)點(diǎn)(存儲(chǔ)文件長(zhǎng)度)

原子操作問題

• 進(jìn)程A B共同寫一個(gè)文件,有2個(gè)文件表項(xiàng),但是共享一個(gè)v節(jié)點(diǎn)。A調(diào)用lseek設(shè)置偏移量為1500,內(nèi)核切換進(jìn)程B,也設(shè)置1500偏移量,然后B調(diào)用wrtie寫100字節(jié)數(shù)據(jù)萧锉，偏移量變?yōu)?600,i節(jié)點(diǎn)的文件長(zhǎng)度更新為1600。此時(shí)A的文件偏移量還是1500述寡，調(diào)用write寫數(shù)據(jù)柿隙，就會(huì)把B的數(shù)據(jù)覆蓋
• 在這過程中，先定位到文件的尾端(lseek),然后寫(write),使用的是2個(gè)不同的函數(shù)鲫凶，在這2個(gè)函數(shù)調(diào)用之間內(nèi)核可能會(huì)掛起進(jìn)程禀崖，去執(zhí)行另外一個(gè)進(jìn)程∶牛可以在打開文件的時(shí)候設(shè)置 O_APPEND 標(biāo)志波附，每次寫操作前，都將當(dāng)期偏移量設(shè)置到文件的末尾
• 原子操作 是指由多步執(zhí)行的一個(gè)操作昼钻，則要么執(zhí)行完所有操作掸屡，要么一步也不執(zhí)行

dup dup2

• dup 和 dup2可以復(fù)制一個(gè)文件描述符,文件描述符共享同一個(gè)文件表項(xiàng)，包括文件狀態(tài)標(biāo)志,當(dāng)前文件偏移量然评。
• dup2可以顯示的指定文件描述符值

sync fsync

• 向文件寫入數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)會(huì)先寫入緩沖區(qū)(頁高速緩存)仅财，然后排入隊(duì)列，依次寫入磁盤,這種方式稱為延遲寫
• sync 會(huì)將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)排入隊(duì)列就結(jié)束碗淌，不等待寫入磁盤盏求，內(nèi)核會(huì)有一個(gè)update定時(shí)調(diào)用sync抖锥，定時(shí)沖洗緩沖區(qū)
• fsync 只對(duì)文件描述符fb的文件起作用，寫磁盤結(jié)束才返回

fcntl

• fcntl 可以改變或獲取文件的描述符和狀態(tài)標(biāo)志,這在無法得到shell打開的文件名時(shí)很有用,只需要知道描述符,就修改屬性

#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:標(biāo)準(zhǔn)輸入 2:標(biāo)準(zhǔn)輸出 3:錯(cuò)誤 5:shell <>:標(biāo)識(shí)用文件描述符5打開數(shù)據(jù)
• 在使用fctnl修改文件描述符或文件狀態(tài)值時(shí),需要先獲得現(xiàn)在的標(biāo)志值,然后按照期望修改
• 通過使用fsync 或者改變文件狀態(tài)標(biāo)志位O_SYNC時(shí)可以獲得 延遲寫

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