闵卫
minwei@tarena.com.cn
标C UC
fopen open
fclose close
fread read
fwrite write
一、系统I/O与标准I/O
1.当系统调用函数被执行时，需要切换用户态和内核态，
频繁调用会导致性能损失。
2.标准库做了必要的优化，内部维护一个缓冲区，
只有满足特定条件时才将缓冲区与系统内核同步，
借此降低执行系统调用的频率，
减少进程在用户态和内核态之间来回切换的次数，
提高运行性能。
二、lseek
1.每个打开文件都有一个与之相关的“文件位置”。
2.文件位置通常是一个非负的整数，
用以度量从文件头开始计算的字节数。
3.读写操作都是从当前文件位置开始，
并且根据所读写的字节数，增加文件位置。
4.打开一个文件，除非指定了O_APPEND，
否则文件位置一律被设为0。
5.lseek函数根据所提供的参数认为地设置文件位置，
并不引发任何文件I/O动作。
6.在超越文件尾的文件位置写入数据，
将在文件中形成空洞。
7.文件空洞并不占用磁盘空间，但是被算在文件大小内。
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek (
int fd, // 文件描述符
off_t offset, // 偏移量
int whence // 起始位置
);
成功返回当前文件位置，失败返回-1。
whence取值：
SEEK_SET - 从文件头
（文件的第一个字节）
SEEK_CUR - 从当前位置
（上一次读写的最后一个字节的下一个位置）
SEEK_END - 从文件尾
（文件的最后一个字节的下一个位置）
获取当前文件位置：lseek (fd, 0, SEEK_CUR)
获取文件大小：lseek (fd, 0, SEEK_END)
复位到文件头：lseek (fd, 0, SEEK_SET)
三、打开文件的内核数据结构
1.每个进程在内存中都有一个进程表条目（Process Table Entry）
与之对应。
2.每个进程表条目中都有一个文件描述符表的结构体数组。
3.文件描述符就是文件描述表条目在文件描述符表中的下标。
4.每个文件描述符表条目中包含了一个文件表指针，
指向一个特定的文件表结构（File Table）。
5.文件表中包含了若个数据，如：文件状态标志、文件偏移、
v节点指针等。
6.v节点指针指向v节点结构体，v节点结构体中保存了i节点号。
7.通过i节点号，对应磁盘上一个具体的i节点，
通过i节点中记录的文件位置，
就可以确定文件数据在磁盘上的存储位置。
四、dup/dup2
#include <unistd.h>
int dup (int oldfd);
将参数文件描述符oldfd所对应的文件描述符表条目复制到文件描述
符表中的最小未用文件描述符的位置，返回该位置所对应的下标。
如果失败，返回-1。
int dup2 (int oldfd, int newfd);
通过newfd指定文件描述符复制的目标。如果newfd对应的是一个
正在打开的文件，该函数会先将该文件关闭，然后再复制。如果该
函数成功返回第二参数，失败返回-1。
无论dup还是dup2都只是复制文件描述符，文件表始终都只有一个。
int fd1 = open ("a.txt", ...);
int fd2 = dup (fd1);
fd1 \
> 文件表 -> v节点 -> i节点 -> 文件
fd2 /
两次open同一个文件，会得到两张文件表，对应同一个v节点。
int fd1 = open ("a.txt", ...);
int fd2 = open ("a.txt", ...);
fd1 -> 文件表1 \
> v节点 -> i节点 -> 文件
fd2 -> 文件表2 /
五、sync/fsync/fdatasync
1.大多数磁盘I/O都是通过缓冲区进行的，
写入文件其实只是写入缓冲区，直到缓冲区满，
才将其排入写队列，等待I/O子系统空闲时将其同步到设备。
2.延迟写降低访问磁盘设备的频率，提高写操作的效率，
但可能导致磁盘文件与缓冲区数据不同步。
void sync (void);
将调用进程所有被修改过的缓冲区排入写队列。
int fsync (int fd);
针对特定文件做写同步，只到被修改过的缓冲区确实被同步到设备上
才返回。
int fdatasync (int fd);
功能和fsync一样，但只同步文件数据，不同步文件属性。
应用程-fwrite->标准库缓冲-fflush->内核-sync----->磁盘
序内存-------------write------------>缓冲 fsync 设备
fdatasync
六、fcntl
#include <fcntl.h>
int fcntl (
int fd, // 文件描述符
int cmd, // 操作指令
... // 可变参数，因操作指令而异
);
对fd文件执行cmd指令，某些指令需要提供参数。
int fcntl (int fd, int cmd);
int fcntl (int fd, int cmd, long arg);
返回值因cmd而异，失败返回-1。
cmd取值：
F_DUPFD - 复制文件描述符fd为不小于arg的文件描述符
若arg文件描述符已用，
该函数会选择一个比arg大的最小的未用值，
而不是象dup2那样关闭之。
F_GETFD - 获取文件描述符标志
F_SETFD - 设置文件描述符标志
截止目前文件描述符标志只包含一个位：FD_CLOEXEC
0: 在通过exec函数所创建进程中，该文件描述符保持打开，缺省。
1: 在通过exec函数所创建进程中，该文件描述符将被关闭。
F_GETFL - 获取文件状态标志
不能获取O_CREAT/O_EXCL/O_TRUNC
F_SETFL - 追加文件状态标志
只能追加O_APPEND/O_NONBLOCK
int fd = open (...);
int flags = fcntl (fd, F_GETFL);
if (flags & O_WRONLY)
只写文件
fcntl (fd, F_SETFL, O_APPEND | O_NONBLOCK);