不带缓冲的I/O
。术语不带缓冲
指的是在用户的进程中对其不会自动缓冲,每个read和write都调用内核中的一个系统调用。但是,所有磁盘I/O都要经过内核的块缓存区(也称为内核的缓冲区高速缓存)。唯一例外的是对原始磁盘设备的I/O。
#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */ );
int openat(int fd, const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */ );
Both return: file descriptor if OK, −1 on error
oflag参数
- 以下5个常量必须指定一个且只能指定一个O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR、O_EXEC(只执行打开)、O_SEARCH(只搜索打开,应用于目录,尚未支持)
- 下列常量则可选O_APPEND、O_CLOEXEC、O_CREAT(需要指定第3个参数mode)、O_EXCL、O_DIRECTORY、O_NOFOLLOW、O_NONBLOCK、O_SYNC、O_TRUNC
open和openat函数返回的文件描述符一定是最小的未用描述符数值。这一点被某些应用程序用来在标准输入、标准输出或标准错误上打开新的文件。
fd参数把open和openat函数区分开,共有3种可能性
- path参数指定的是绝对路径名,则fd参数被忽略,openat函数相当于open函数
- path参数指定的是相对路径名,则fd参数指出了相对路径名在文件系统中的开始地址。fd参数是通过打开相对路径名所在的目录来获取
- path参数指定了相对路径名,而fd参数具有特殊值
AT_FDCWD
,则路径名在当前工作目录中获取
openat函数是POSIX.1最新版本中新增的一类函数之一,希望解决两个问题:
- 让线程可以使用相对路径名打开目录中的文件,而不再只能打开当前工作目录
- 可以避免time-of-check-to-time-of-use(TOCTTOU)错误
TOCTTOU错误的基本思想是:
指计算机系统的资料与权限等状态的检查与使用之间,因为特定状态在这段时间已发生改变所产生的软件漏洞
文件名和路径名截断
#include <fcntl.h>
int creat(const char *path, mode_t mode);
Returns: file descriptor opened for write-only if OK, −1 on error
#include <unistd.h>
int close(int fd);
Returns: 0 if OK, −1 on error
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
Returns: new file offset if OK, −1 on error
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);
Returns: number of bytes read, 0 if end of file, −1 on error
- 读普通文件时,到达文件尾端
- 从终端设备读时,通常一次最多读一行
- 从网络读时,网络中的缓冲机制可能造成返回值小于所要求读的字节数
- 从管道或FIFO读时,如若管道包含的字节少于所需的数量,那么read将只返回实际可用的字节数
- 从某些面向记录的设备(如磁带)读时,一次最多返回一个记录
- 当一信号造成中断,而已经读了部分数据量时
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);
Returns: number of bytes written if OK, −1 on error
内核使用3种数据结构表示打开文件,它们之间的关系决定了在文件共享方面一个进程对另一个进程可能产生的影响
左边:进程级的文件描述符表
- 文件描述符标志,目前只有一个FD_CLOEXEC
- 指向一个文件表项的指针
中间:系统级的打开文件表:每次调用open打开一个文件新增一个文件表项(不同进程可打开同一个文件,导致多个文件表项)
- 文件状态标志(读、写、添写、同步、非阻塞等,受open时指定的oflag参数影响,也可通过fcntl函数指定FD_SETFL改变)
- 当前文件偏移量
- 指向该文件v节点表项的指针
右边:文件系统级的i-node表
- i节点包含文件的相关信息,如文件的所有者、文件长度、指向文件实际数据块在磁盘上所在位置的指针等。
- linux没有v节点,而是采用了一个通用i节点。无论是v节点还是通用i节点,它们都是指向一个与文件系统相关的i节点
其他
- 完成write之后,文件表项的当前文件偏移量增加所写入的字节数。如果这导致当前文件偏移量超出了文件长度,则将i节点表项中的当前文件长度设置为当前文件偏移量
- 如果通过O_APPEND标志打开一个文件,则相应标志会设置到文件表项的文件状态标志中。每次执行写操作之前,当前文件偏移量会首先被设置为i节点表项中的文件长度
- lseek函数只修改文件表项中的当前文件偏移量,不进行任何I/O操作。
- 注意:文件描述符标志只作用于一个进程的一个文件描述符,而文件状态标志则作用于指向该文件表项的任何进程中的所有描述符
对open函数指定O_CREAT和O_EXCL
函数PRead、pwrite
#include <unistd.h>
ssize_t pread(int fd, void *buf, size_t nbytes, off_t offset);
Returns: number of bytes read, 0 if end of file, −1 on error
ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t nbytes, off_t offset);
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