本章节主要讲了 Linux 系统下的关于文件I/O操作的几个函数:open、read、write、lseek、close 的使用和需要注意的一些细节。接着,又介绍了多进程见如何共享文件。下面开始知识点梳理。
对于内核来说,所有打开的文件,都是通过文件描述符来引用。当打开或创建一个新的文件的时候,内核都会向进程返回该文件的文件描述符。文件描述符是什么,可以参考维基百科——文件描述符。UNIX 系统按惯例,会将0与进程的标准输入关联,将1与进程的标准输出关联,将2与进程的标准错误关联。
creat函数是以只写的形式来打开一个新的文件的。
关闭一个文件,会关闭该进程在当前文件上加的所有记录锁。一个进程结束之后,内核会自动关闭其打开的所有文件。
lseek 函数仅会将当前的文件偏移量记录到内核中,其不会引起任何 I/O 操作。该偏移量是用来进行下一次读或者写的游标。偏移量的大小可以与文件实际大小不对应。当大于文件当前的实际长度的时候,对该文件的下一次写将加长该文件,且会形成一个空洞。位于文件中但是没有写过的字节都读为0。具体什么是空洞,可以看下百科——文件空洞。
如果 read 成功,则会返回读到的字节数。如果已经读到了文件的末尾,会返回0。
对于普通文件,通常从当前的偏移量开始;如果在打开文件的时候,指定了 O_APPEND操作,则在每次写操作之前,将文件的偏移量设置在文件的末尾。每次写成功,文件的偏移量都会变化。
大多数文件系统为改善性能,都会增加“预读”技术。当检测到正在进行顺序读取时,系统就试图读入比实际锁要求更多的数据。
UNIX 系统支持不同进程之间共享打开文件。内核使用三种数据结构用来表示打开文件: (1)每个进程在进程记录表中都会有一个记录项,记录项中包含一张打开文件描述符表。有每个文件描述符相关联的是: A)文件描述符标志; B)指向一个文件表项的指针; (2)内核为所有打开文件维持一张文件表,每个文件表项包含: A)文件状态标志; B)当前文件的偏移量; C)指向该文件v节点表项的指针; (3)每个打开文件(或设备)都有一个v节点结构。
该图显示了一个进程打开多个文件的场景。打开文件描述符表可以存放在用户空间,而非进程表中。 该图展示了多个独立的进程打开同一个文件的场景。此场景在读的时候,可以正确的读。但是当涉及到写文件,就会存在了一些不可预料的结果。
两个函数都是用来复制一个现有的文件描述符的。有 dup 返回的新文件描述符一定是当前可用文件描述符中的最小值,对于 dup2,可以用fd2参数指定新描述符的值。如果fd2已经打开,则将其关闭先。若fd=fd2,则dup2返回fd2,而不关闭它。 