计算机基础学习日志（十）系统IO

基本概念

• Linuxc Shell 创建的每个进程开始时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）
• 读写文件：一个读操作是从文件复制n>0个字节到内存中，从当前文件位置k开始，然后将k增加到k+m。
• 关闭文件：关闭时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。
• 所有的I/O设备都被模型化为文件，而所有的输入输出都被当做对对应文件的读和写来操作。文本文件是只含有ASCII和Unicode字符的普通文件；二进制文件是所有其他的文件。
• Linux内核将所有文件都组织成一个目录层次结构，由名为/（斜杠）的根目录决定。系统中的每个文件都是根目录的直接或间接的后代。

打开和关闭文件

调用open函数来打开一个已存在的文件或创建一个新文件。

int open(char *filename, int flags, mode_t mode);

open函数将filename转换为一个文件描述符，并返回描述符数字。返回地描述符是进程中当前没有打开的最小描述符（从3开始）。flags参数指明如何访问这个文件：

O_RDONLY:只读
O_WRONLY:只写
O_RDWR:可读可写
O_CREAT：如果文件不存在，创建一个空文件
O_TRUNC：若文件已经存在,截断它
O_APPEND：在每次写操作前，设置文件位置到文件的结尾处

示例

#include "csapp.h"

int main()
{
    int fd1, fd2;
 
    fd1 = Open("foo.txt", O_RDONLY, 0);
    Close(fd1);
    fd2 = Open("foo.txt", O_RDONLY, 0);
    printf("fd2 = %d\n", fd2);
    exit(0);
}

输出结果为：fd2 = 3
分析：fd1=3(最小的数)，关闭文件后这个描述符会恢复到可用的描述符池中，fd2=3。

#include "csapp.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd1, fd2, fd3;
    char c1, c2, c3;
    char *fname = argv[1];
    fd1 = Open(fname, O_RDONLY, 0);
    fd2 = Open(fname, O_RDONLY, 0);
    fd3 = Open(fname, O_RDONLY, 0);
    dup2(fd2, fd3);

    Read(fd1, &c1, 1);
    Read(fd2, &c2, 1);
    Read(fd3, &c3, 1);
    printf("c1 = %c, c2 = %c, c3 = %c\n", c1, c2, c3);

    Close(fd1);
    Close(fd2);
    Close(fd3);
    return 0;
}

输出结果为：c1 = a, c2 = a, c3 = b

fd1读取a, fd2光标还是停留在a之前，dup2函数将fd3重定位为fd2，fd3光标停留在ab之间，读取b。

#include "csapp.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd1;
    int s = getpid() & 0x1;
    char c1, c2;
    char *fname = argv[1];
    fd1 = Open(fname, O_RDONLY, 0);
    Read(fd1, &c1, 1);
    if (fork()) {
	/* Parent */
	sleep(s);
	Read(fd1, &c2, 1);
	printf("Parent: c1 = %c, c2 = %c\n", c1, c2);
    } else {
	/* Child */
	sleep(1-s);
	Read(fd1, &c2, 1);
	printf("Child: c1 = %c, c2 = %c\n", c1, c2);
    }
    return 0;
}

运行结果：
Parent: c1 = a, c2 = b
Child: c1 = a, c2 = c

首先fd1读取a，光标停留在ab之间。然后fork函数创建进程，子进程休眠，fd1继续读取了b，输出Parent: c1 = a, c2 = b。父进程中，fd1光标此时停留在bc之间，因为刚刚子进程读取了b字符，所以现在读取c字符。