系统级I/O

知识点

一、Unix I/O

所有的I/O设备，如网络、磁盘都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当做对相应文件的读和写来执行。这种将设备映射为文件的方式，允许UNIX内核引出一个简单、低级的应用接口，称为UNIX I/O。

二、打开和关闭文件

1.打开文件

打开完成过以后会返回一个文件描述符，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。

• 打开标志flags

基本标志：O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR,也可以和其他三种（O_CREAT、O_TRUNC、O_APPEND）组合使用。

• mode参数指定了新文件的访问权限位。

2.关闭文件

应用完成了对文件的访问之后，就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。进程终止，内核也会关闭所有打开的文件并释放他们的存储器资源。

三、读和写文件

1. read函数

从描述符为fd的当前文件位置拷贝最多n个字节到存储器位置buf。返回值-1表示一个错误，而返回值0表示EOF。否则，返回值表示的是实际传送的字节数量。

2.write函数

从存储器位置buf拷贝至多n个字节到描述符fd的当前文件位置。返回值要么为-1要么为写入的字节数目。

3.lseek函数

显示的修改当前文件位置。

4.出现不足值的情况

a.读时遇到EOF。此时read返回0来发出EOF信号。
b.从终端读文本行。如果打开文件是与终端相关联，那么每个read函数将以此传送一个文本行，返回的不足值等于文本行的大小。
c.读和写网络套接字。可能会出现阻塞现象。

四、用RIO包健壮地读写

提供了两类不同的函数：

无缓冲的输入输出函数 直接在存储器和文件之间传送数据。
带缓冲的输入函数

• rio_readn函数

1.从描述符fd的当前文件位置最多传送n个字节到存储器位置usrbuf。

2.遇到EOF只能返回一个不足值。

• rio_writen函数

1.从位置usrbuf传送n个字节到描述符fd。

2.绝不会返回一个不足值。

• 对同一个描述符，可以任意交错地调用rio_readn和rio_writen。

• 编写计算文本文件中文本行的数量如何实现？

    1.read函数，一次一个字节从文件传送到用户存储器，检查每个字节来查找换行符。（效率低）2.rio_realineb包装函数，从一个内部读缓冲区拷贝一个文本行，当缓冲区变空时，会自动调用read重新填满缓冲区。

• rio_realineb

1.从文件rp读出一个文本行，将它拷贝到存储器位置usrbuf，并用空字符结束这个文本行。

2.最多读maxlen-1个字节，余下的一个字符留给结尾的空字符串。

五、读取文件元数据

• 文件的元数据

1.应用程序能够通过调用stat和fstat函数检索到关于文件的信息。

2.stat以一个文件名为输入，并且填充buf结构体。

3.fstat函数只不过是以文件描述符而不是文件名作为输入。

六、共享文件

*　内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件

a.描述符表。表项是由进程打开的文件描述符来索引的。每个打开的描述符表项指向文件表中的一个表项。
b.文件表。每个文件表的表项组成包括由当前的文件位置、引用计数以及一个指向v-node表中对应表项的指针。关闭一个描述符会减少相应的文件表表项中的应用计数。内核不会删除这个文件表表项，直到它的引用计数为零。
c.v-node表。所有的进程共享这张v-node表，每个表项包含stat结构中的大多数信息，包括st_mode和st_size成员。

• 描述符1和4通过不同的打开文件表表项来引用两个不同的文件。

• 多个描述符也可以通过不同的文件表表项来应用同一个文件。

• 调用fork()之后

子进程有一个父进程描述符表的副本。父子进程共享相同的打开文件表集合，因此共享相同的文件位置。一个很重要的结果就是，在内核删除相应文件表表项之前，父子进程必须都关闭了他们的描述符。

六、i/o重定向

• Unix外壳提供了I/O重定向操作符，允许用户将磁盘文件和标准输入输出联系起来。
  　
  *　I/O重定向的工作方式： 一种是使用dup2函数。

*　dup2函数拷贝描述符表表项oldfd到描述符表表项newfd，覆盖描述符表表项newfd以前的内容。如果newfd已经打开了，dup2会在拷贝oldfd之前关闭newfd。

遇到问题

1.练习题10.1没有出现应返回的值。

解决：缺少头文件。起初是把“csapp.h”换成open函数的头文件。

小组中同学详细的解答了这个问题，是缺少动态库。（ls视频中讲到了）

时间

估计学习时间：5小时

实际学习时间：７小时

看书：2小时
代码：3.5小时
博客：1．５小时

参考资料

《深入理解计算机系统》
ls.tar视频
http://group.cnblogs.com/topic/73278.html
http://www.cnblogs.com/ZhangShuo/articles/1829589.html