CSAPP–第十章–系统级IO（上）

Unix IO、

所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式来执行：
打开文件：一个应用程序通过要求内核打开相应的文件，来宣告它想要访问一个I/O 设备
- 内核返回一个小的非负整数，叫做文件描述符，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。应用程序只需记住这个描述符。
Linux 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）
- 标准错误（描述符为 2）
- 头文件< unistd.h> 定义了常量 STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 和 STDERR_ETLENO，它们可用来代替显式的描述符值。
改变当前的文件位置
- 对于每个打开的文件，内核保持着一个文件位置k，初始为0。这个文件位置是从文件开头起始的字节偏移量。应用程序能够通过执行 seek 操作，显式地设置文件的当前位置为k。
读写文件
- 一个读操作就是从文件复制 n>0 个字节到内存，从当前文件k位置是开始，然后将k增加到k+n。
- 给定一个大小为m字节的文件，当k>=m时执行读操作,会触发EOF（end-of-file）条件——能被应用程序检测到
- 文件末尾没有明确的EOF符号，EOF只是c/c++标准库中的一个宏定义，它的值是-1
关闭文件
- 当应用完成了对文件的访问之后，它就通知内核关闭这个文件。作为响应，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。
- 无论一个进程因为何种原因终止时，内核都会关闭所有打开的文件并释放它们的内存资源。

Uniex下一些常见的文件类型、

普通文件(regular file):应用程序常常要区分文本文件（text file)和二进制文件（binary file):
- 文本文件是只含有 ASCII 或 Unicode 字符的普通文件；
- 二进制文件是所有其他的文件
- 对内核而言，文本文件和二进制文件没有区别。
- 使用 ls -l 命令后，第一列第一个字符为 "-" 的文件为普通文件（使用-F后没有特殊标记）
目录(directory)
- 包含一组链接（link )的文件，其中每个链接都将一个文件名(filename)映射到一个文件，这个文件可能是另一个目录。
- 每个目录至少含有两个条目
  - . 表示当前目录
  - .. 表示上一级目录
- 可以用 mkdir 命令创建一个目录，用 Is 查看其内容，用 rmdir 删除该目录。
套接字(socket)
- 用来与另一个进程进行跨网络通信的文件
Linux 内核将所有文件都组织成一个目录层次结构（directory hierarchy)，最大的是根（/）目录。

打开和关闭文件、

进程是通过调用 open() 函数来打开一个已存在的文件或者创建一个新文件的。

特别注意，下面这些系统调用级别的函数都是有返回值的，出现错误会返回一个负数值。一个良好的习惯是在使用这些函数时，需要判断返回值！！！！

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

//原始函数，不安全
int open(const char* path,int flag);

//自己封装过的安全函数
int Open(const char* path, int flag)
{
	int fd = 0;
	if ((fd = open(path, flag)) < 0)
	{
		unix_error("open file error\n");
	}
	return fd;
}

open函数参数一是文件的路径，参数二是打开方式，有只读模式，只写模式，读写模式等。linux定义了一些宏来表示，这些宏本质上是int值。

O_RDONLY（0） 只读打开         O_WRONLY（1） 只写打开         O_RDWR（2）  可读可写打开

文件也是一种系统资源，linux规定了一个程序默认情况下只能打开64个文件，使用完文件不关闭文件会造成资源浪费，所有要及时关闭文件。

进程通过close函数来关闭文件，释放资源。参数是一个打开的文件标识符。

int close(int fd);

void Close(int fd)
{
	int res = 0;
	if ((res = close(fd)) < 0)
	{

               unix_error("close file error\n");
	}
}

读和写文件、

应用程序是通过分别调用 read 和 write 函数来执行输入和输出。

read 函数从文件描述符为 fd 的当前文件位置复制最多n个字节到内存位置 buf。

int read(int fd,const char* buf,size_t n);

//安全的read函数
void Read(int fd,const char* buf, size_t len)
{
	size_t left = len;
	size_t reads = 0;
	char* tmp = buf;

	while (left > 0)
	{
		//error                                                                                            
		if ((reads = read(fd, buf, left)) < 0)
		{
			unix_error("read file error\n");
		}
		//EOF                                                                                              
		else if (reads == 0)
		{
			break;
		}
		left -= reads;
		tmp += reads;
	}
}

write 函数从内存位置 buf 复制至多 len个字节到描述符 fd 的当前文件位置

int write(int fd,const char*buf,size_t len);

//安全的write函数
void Write(int fd,const char* buf, size_t len)
{
	int n = 0;
	if ((n = write(fd, buf, len)) < 0)
	{
		unix_error("write file error\n");
	}
}

在某些情况下，read 和 write 传送的字节比应用程序要求的要少（不足值问题），有下列原因：