CSAPP系统级I/O笔记

本篇博文仅列出本章中提到的标准函数，不会记录RIO包等手写函数。

打开和关闭文件

open()

1 2	#include <fcntl.h> // 头文件 int open(char *filename, int flags, mode_t mode); // 返回: 若成功则为新文件描述符，若出错为-1。

open函数将filename转换为一个文件描述符，并且返回描述符数字。返回的描述符总是在进程中当前没有打开的最小描述符。flags参数指明了进程打算如何访问这个文件。

O_RDONLY: 只读。
O_WRONLY: 只写。
O_RDWR: 可读可写。

flags参数也可以是一个或者更多位掩码的或，为写提供给一些额外的指示:

O_CREAT: 如果文件不存在，就创建它的一个截断的(truncated)(空)文件。
O_TRUNC: 如果文件已经存在，就截断它。
O_APPEND: 在每次写操作前，设置文件位置到文件的结尾处。

在sys/stat.h中定义的访问权限位
S_IRUSR: 使用者能够读这个文件
S_IWUSR: 使用者能够写这个文件
S_IXUSR: 使用者能够执行这个文件

S_IRGRP: 拥有者所在组的成员能够读这个文件
S_IWGRP: 拥有者所在组的成员能够写这个文件
S_IXGRP: 拥有者所在组的成员能够执行这个文件

S_IROTH: 其他人(任何人)能够读这个文件
S_IWOTH: 其他人(任何人)能够写这个文件
S_IXOTH: 其他人(任何人)能够执行这个文件

close()

1 2	#include <unistd.h> int close(int fd); // 返回: 若成功则为0，若出错则为-1。

读和写文件(read和write)

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#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n);  // 返回: 若成功则为读的字节数，若EOF则为0，若出错为-1。
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t n);  // 返回: 若成功则为写的字节数，若出错则为-1。

读取文件元数据

应用程序能够通过调用stat和fstat函数，检索到关于文件的信息(有时也称为文件的元数据(metadata))。

#include <sys/stat.h>
int stat(const char *filename, struct stat *buf);
int fstat(int fd, struct stat *buf);
// 这两个函数的返回: 若成功则为0,若出错则为-1

stat函数以一个文件名作为输入，并填写一个stat数据结构中的各个成员。fstat是相似的，只不过是以文件描述符而不是文件名作为输入。

/* Metadata returned by the stat and fstat functions */
struct stat {
    dev_t st_dev;  // Device
    ino_t st_ino;  // inode
    mode_t st_mode;  // Protection and file type
    nlink_t st_nlink;  // Number of hard links
    uid_t st_uid;  // User ID of owner
    gid_t st_gid;  // Group ID of owner
    dev_t st_rdev;  // Device type (if inode device)
    off_t st_size;  // Total size, in bytes
    unsigned long st_blksize;  // Block size for filesystem I/O
    unsigned long st_blocks;  // NUmber of blocks allocated
    time_t st_atime;  // Time of last access
    time_t st_mtime;  // Time of last modification
    time_t st_ctime;  // Time of last change
}

st_size成员包含了文件的字节数大小，st_mode成员则编码了文件访问许可位和文件类型。Linux在sys/stat.h中定义了宏谓词来确定st_mode成员的文件类型:

S_ISREG(m)。这是一个普通文件吗？
S_ISDIR(m)。这是一个目录文件吗？
S_ISSOCK(m)。这是一个网络套接字吗？

读取目录内容

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#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name);  // 返回: 若成功，则为处理的指针；若出错，则为NULL。

函数opendir以路径名为参数，返回指向*目录流(directory stream)*的指针。流是对条目有序列表的抽象，在这里是指目录项的列表。

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#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);  // 返回: 若成功，则为指向下一个目录项的指针；若没有更多的目录项或出错，则为NULL。如果出错会设置errno。判断readdir究竟是出错还是结束的唯一方法就是判断errno是否改变。

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，或者，如果没有更多目录项则返回NULL。每个目录项都是一个结构，其形式如下:

struct dirent {
    ino_t ino;  // inode number
    char d_name[256];  // Filename
}

I/O重定向

1 2	#include <unistd.h> int dup2(int oldfd, int newfd); // 返回: 若成功则为非负的描述符，若出错则为-1。

dup2函数复制描述符表表项oldfd到描述符表表项newfd，覆盖描述符表表项newfd以前的内容。如果newfd已经打开了，dup2会在复制oldfd之前关闭newfd。

共享文件

内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件:

***描述符表(descriptor table)。每个进程都有它独立的描述符表，它的表项是由进程打开的文件描述符来索引的。每个打开的描述符表项指向文件表*中的一个表项。
***文件表(file table)**。打开文件的集合是由一张文件表来表示的，所有的进程共享这张表。每个文件表的表项组成(针对我们的目的)包括当前的文件位置，引用计数(reference count)*(即当前指向该表项的描述符表项数)，以及一个指向v-node表中对应表项的指针。关闭一个描述符会减少相应的文件表表项中的引用计数。内核不会删除这个文件表表项，直到它的引用计数为零。
***v-node表(v-node table)***。同文件表一样，所有的进程共享这张v-node表，每个表项包含stat结构中的大多数信息，包括st_mode和st_size成员。

本篇完。