CSAPP-10系统级I/O
Unix I/O
所有的I/O设备（网络、磁盘和终端）都被模型化为文件，所有的输入和输出都被当做对相应文件的读和写来执行。
这种将设备优雅地映射为文件的方式，允许Linux内核引出一个简单、低级的应用接口，称为Unix I/O，这使得所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式来执行：
- 打开文件。要求内核打开相应的文件，内核返回一个小的非负整数，叫做描述符，它在后续对此文件的所有操作中标识这个文件。内核记录有关这个打开文件的所有信息，应用程序只需记住这个描述符。
- Linux shell 创建的每个进程开始都有三个打开的文件：标准输入（描述符为0）、标准输出（描述符为1）和标准错误（描述符为2）。
- 改变当前的文件位置。每个打开的文件，内核保持着一个文件位置k，初始为0，表示从文件开头起始的字节偏移量。应用程序能够通过执行seek操作，显式地设置文件的当前位置为k。
- 读写文件。一个读操作就是从文件复制 n>0 个字节到内存，文件位置从k增加到k+n，如果超过文件大小，触发称为end-of-file（EOF）的条件。写操作就是从内存复制 n>0 个字节到一个文件。
- 关闭文件。通知内核关闭这个文件，内核释放文件打开时创建的数据结构，并将这个描述符恢复到可用的描述符池中。无论一个进程因为何种原因终止时，内核都会关闭所有打开的文件并释放它们的内存资源。
文件
类型：
- 普通文件（regular file）包含任意数据。
- 文本文件；
- 二进制文件；
- 目录（directory）是包含一组链接的文件，其中每个链接都将一个文件名映射到一个文件，这个文件可能是另一个目录。
- 套接字（socker）是用来与另一个进程进行跨网络通信的文件。
- 其他文件类型：
- 命名通道（named pipe）；
- 符号链接（symbolic link）；
- 字符和块设备（character and block device）；
打开和关闭文件
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#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
// 返回：若成功则为新文件描述符，若出错为-1
// flags: 只读、只写、可读可写
// mode：指定了新文件的访问权限位
int open(char *filename, int flags, mode_t mode);
// 返回：若成功则为0，若出错则为-1
int close(int fd);
读和写文件
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#include <unistd.h>
// 返回：若成功则为读的字节数，若EOF则为0，若出错为-1
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n);
// 返回：若成功则为写的字节数，若出错则为-1
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t n);
在某些情况下，read和write传送的字节比应用程序要求的要少。这些不足值（short count）不表示有错误。出现这样情况的原因有：
- 读时遇到EOF。读超过文件大小，read将通过返回不足值0来发出EOF信号。
- 从终端读文本行。从终端（键盘和显示器）读，每个read函数一次传送一个文本行，返回的不足值等于文本行的大小。
- 读和xie网络套接字（socket）。内部缓冲约束和较长的网络延迟会引起read和write返回不足值。
- 对Linux管道（pipe）调用read和write时，也有可能出现不足值。
RIO包
RIO（Robust I/O，健壮的I/O）包：自动处理不足值。
RIO提供了两类不同的函数：
- 无缓冲的输入输出函数。直接在内存和文件之间传送数据，没有应用及缓冲。对讲二进制数据读写到网络和从网络读写二进制数据尤其有用。
- 带缓冲的输入函数。允许高效地从文件中读取文本行和二进制数据。
无缓冲的输入输出函数
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ssize_t rio_readn(int fd, void *usrbuf, size_t n);
ssize_t rio_writen(int fd, void *usrbuf, size_t n);
// 返回：若成功则为传送的字节数，若EOF则为0，若出错则为-1
带缓冲的输入函数
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void rio_readinitb(rio_t *rp, int fd);
ssize_t rio_readlineb(rio_t *rp, void *usrbuf, size_t maxlen);
ssize_t rio_readnb(rio_t *rp, void *usrbuf, siez_t n);
读取文件元数据
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int stat(coinst char *filename, struct stat *buf);
int fstat(int fd, struct stat *buf);
读取目录内容
- opendir()
- readdir()
- closedir()
共享文件
内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件：
- 描述符表（descriptor table）。每个进程都有它独立的描述符表，它的表项是由进程打开的文件描述符来索引的。
- 文件表（file table）。打开文件的集合是由一张文件表来表示的。所有的进程共享这张表。每个文件表的表项组成包括当前的文件位置、引用计数、一个指向v-node表中对应表项的指针。
- v-node表（v-node table）。所有的进程共享。每个表项包含stat结构中的大多数信息。
父子进程如何共享文件：子进程有一个父进程描述符表的副本。
I/O重定向
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#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);
标准I/O
libc：
- fopen、fclose
- fread、fwrite
- fgets、fputs
- scanf、printf
