（系统级I?O）系统|

但使书种多，会有岁稔时。这篇文章主要讲述：系统级I?O相关的知识，希望能为你提供帮助。

0. 学习原因大多时候，高级别I/O函数工作良好，没必要直接用Unix I/O，为何需学习？

了解Unix I/O将帮助理解其他系统概念。I/O是系统操作不可或缺的部分，因此经常遇到I/O和其他系统概念之间的循环依赖
有时必须用Unix I/O，用高级I/O不太可能或不合适，如标准I/O库没提供读取文件元数据的方式，此外I/O库存在一些问题

1. Unix I/O输入/输出（I/O）是主存和外部设备之间复制数据的过程，在 Linux 中，文件就是字节的序列。所有的 I/O 设备（如网络、内核、磁盘和终端等）都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当作对相应文件的读和写来执行。这种将设备映射为文件的机制，允许内核引出简单、优雅的应用接口Unix I/O，使得所有输入和输出都以统一的方式执行，如 ??open()???/??close()??? 打开/关闭文件，??read()???/ ??write()??? 读/写文件。??seek()??改变当前文件位置。Unix I/O主要分为两大类：

为区分不同文件的类型，会有一个 ??type?? 来进行区别：

普通文件：包含任意数据
目录：相关文件组的索引
Socket：用于另一台机器上的进程通信

还有一些特别的类型仅做了解：命名管道(FIFOs)、符号链接、字符和块设备
普通文件
普通文件包含任意数据，应用程序通常需区分文本文件和二进制文件。前者只包含 ASCII 或 Unicode 字符。除此之外的都是二进制文件(对象文件, JPEG 图片, 等等)。内核不能区分出区别。
文本文件是文本行的序列，每行以 ??\\n??? 结尾，新行是 ??0xa???，和 ASCII 码中LF一样。不同系统判断行结束的符号不同(End of line, EOL)，Linux & Mac OS是??\\n???(0xa)等价line feed(LF)，而Windows & 网络协议是??\\r\\n?? (0xd 0xa)等价Carriage return(CR) followed by line feed(LF)
目录
目录包含一个链接(link)数组，且每个目录至少包含两记录：??.???(dot) 当前目录、??..??(dot dot) 上层目录
操作命令主要有 ??mkdir???, ??ls???, ??rmdir???。目录以树状结构组织，根目录是 ??/??(slash)。
内核会为每个进程保存当前工作目录(cwd, current working directory)，可用 ??cd?? 命令进行更改。通过路径名来确定文件的位置，分为绝对路径和相对路径。

2. 文件操作2.1 打开文件打开文件会通知内核已准备好访问该文件

int fd; // 文件描述符 file descriptor

if ((fd = open("/etc/hosts", O_RDONLY)) < 0)

perror("open");
exit(1);

返回值是一个小的整型称为文件描述符(file descriptor)，若该值等于 -1 则说明发生错误。每个由 Linux shell创建的进程都会默认打开三个文件（注意这里的文件概念）：

0: standard input(stdin)
1: standard output(stdout)
2: standar error(stderr)

2.2 关闭文件关闭文件会通知内核已完成对该文件的访问

int fd; // 文件描述符
int retval; // 返回值

int ((retval = close(fd)) < 0)

perror("close");
exit(1);

关闭一个已经关闭的文件是线程程序中的灾难（稍后会详细介绍），所以一定要检查返回值，哪怕是看似良好的函数如 ??close()??
2.3 读取文件读取文件将字节从当前文件位置复制到内存，然后更新文件位置

char buf[512];
int fd;
int nbytes

// 打开文件描述符，并从中读取 512 字节的数据
if ((nbytes = read(fd, buf, sizeof(buf))) < 0)

perror("read");
exit(1);

返回值是读取的字节数量，是一个 ??ssize_t??? 类型（其实就是一个有符号整型），如果 ?

?nbytes <
 0?

?? 那么表示出错。?

?nbytes <
 sizeof(buf)?

? 这种情况(short counts) 是可能发生的，而且并不是错误。
2.4 写入文件【（系统级I?O）】写入文件将字节从内存复制到当前文件位置，然后更新当前文件位置

char buf[512];
int fd;
int nbytes;

// 打开文件描述符，并向其写入 512 字节的数据
if ((nbytes = write(fd, buf, sizeof(buf)) < 0)

perror("write");
exit(1);

返回值是写入的字节数量，如果 ?

?nbytes <
 0?

?? 表示出错。?

?nbytes <
 sizeof(buf)?

? 这种情况(short counts) 是可能发生的，且不是错误。
2.5 读取目录可用readdir系列函数读取目录的内容，每次对readdir的调用返回的都是指向流dirp中下一个目录项的指针，或没有更多目录项则返回NULL，每个目录项都有结构体：

struct dirent
ino_t d_ino; /* inode number */
char d_name[256]; /* filename */
;

2.6 简单Unix I/O 例子拷贝文件到标准输出，一次一个字节：

#include "csapp.h"
int main(int argc, char *argv[])

char c;
int infd = STDIN_FILENO;
if (argc == 2)
infd = Open(argv[1], O_RDONLY, 0);

while(Read(infd, & c, 1) != 0)
Write(STDOUT_FILENO, & c, 1);
exit(0);

前面提到的 short count 会在下面的情形下发生：

读取的时遇到 EOF(end-of-file)
从终端中读取文本行
读和写网络 sockets

但下面的情况下不会发生

从磁盘文件中读取（除 EOF 外）
写入到磁盘文件中

最好总是允许 short count，这样就可以避免处理这么多不同的情况。

#include "csapp.h"
#define BUFSIZE 64

int main(int argc, char *argv[])

char buf[BUFSIZE];
int infd = STDIN_FILENO;
if (argc == 2)
infd = Open(argv[1], O_RDONLY, 0);

while((nread = Read(infd, buf, BUFSIZE)) != 0)
Write(STDOUT_FILENO, buf, nread);
exit(0);

3. 元数据元数据是用来描述数据的数据，由内核维护，可以通过 ??stat??? 和 ??fstat?? 函数来访问，结构是：

struct stat

dev_tst_dev; // Device
ino_tst_ino; // inode
mode_tst_mode; // Protection & file type
nlink_tst_nlink; // Number of hard links
uid_tst_uid; // User ID of owner
gid_tst_gid; // Group ID of owner
dev_tst_rdev; // Device type (if inode device)
off_tst_size; // Total size, in bytes
unsigned longst_blksize; // Blocksize for filesystem I/O
unsigned longst_blocks; // Number of blocks allocated
time_tst_atime; // Time of last access
time_tst_mtime; // Time of last modification
time_tst_ctime; // Time of last change

对应的访问例子：

int main (int argc, char **argv)

struct stat stat;
char *type, *readok;
Stat(argv[1], & stat);
if (S_ISREG(stat.st_mode)) // 确定文件类型
type = "regular";
else if (S_ISDIR(stat.st_mode))
type = "directory";
else
type = "other";
if ((stat.st_mode & S_IRUSR)) // 检查读权限
readok = "yes";
else
readok = "no";
printf("type: %s, read: %s\\n", type, readok);
exit(0);