APUE 学习笔记——文件 IO

1、进程创建时，默认打开的文件描述符有哪些？

• 0： 标准输入
• 1： 标准输出
• 2： 标准错误输出

2、创建文件时，参数 oflag 的可选值有哪些？

• O_RDONLY常量：文件只读打开
• O_WRONLY常量：文件只写打开
• O_RDWR常量：文件读、写打开
• O_EXEC常量：只执行打开
• O_SEARCH常量：只搜索打开（应用于目录）。本文涉及的操作系统都没有支持该常量

在上面五个常量中必须指定且只能指定一个。下面的常量是可选的（进行或运行）：

• O_CREAT：若此文件不存在则创建它。在使用此选项时，需要同时说明参数mode（指定该文件的访问权限）
• O_EXCL：若同时指定了O_CREAT时，且文件已存在则出错。根据此可以测试一个文件是否存在。若不存在则创建此文件。这使得测试和创建两者成为一个原子操作
• O_APPEND：每次写时都追加到文件的尾端
• O_TRUNC： 如果此文件存在，且为O_WRONLY或者O_RDWR成功打开，则将其长度截断为0
• O_CLOEXEC：
  • 调用 open 函数 O_CLOEXEC 模式打开的文件描述符在执行 exec 调用新程序中关闭，且为原子操作。
  • 调用 open 函数不使用 O_CLOEXEC 模式打开的文件描述符，然后调用 fcntl 函数设置FD_CLOEXEC 选项，效果和使用 O_CLOEXEC 选项 open 函数相同，但分别调用 open、fcnt 两个函数，不是原子操作，多线程环境中存在竞态条件，故用 open 函数 O_CLOEXEC 选项代替之。
  • 调用 open 函数 O_CLOEXEC 模式打开的文件描述符，或是使用 fcntl 设置 FD_CLOEXEC 选项，这二者得到（处理）的描述符在通过 fork 调用产生的子进程中均不被关闭。
  • 调用 dup 族类函数得到的新文件描述符将清除 O_CLOEXEC 模式。
    • O_DIRECTORY：若path引用的不是目录，则出错
• O_NOCTTY：若path引用的是终端设备，则不将该设备分配作为此进程的控制终端
• O_NOFOLLOW：若path引用的是一个符号链接，则出错
• O_NONBLOCK：如果path引用的是一个FIFO、一个块特殊文件或者一个字符特殊文件，则文件本次打开操作和后续的 I/O 操作设为非阻塞模式。
• O_SYNC：每次 write 等待物理 I/O 完成，包括由 write 操作引起的文件属性更新所需的 I/O
• O_RSYNC：使每一个read操作等待，直到所有对文件同一部分挂起的写操作都完成。
• O_DSYNC：每次 write 等待物理 I/O 完成，但不包括由 write 操作引起的文件属性更新所需的 I/O ,write 完成后，某些文件属性也不会同步更新。

3、创建文件时，文件的权限( mode )设置有哪些选项？

• S_IRUSR：用户读
• S_IWUSR：用户写
• S_IXUSR：用户执行
• S_IRGRP：组读
• S_IWGRP：组写
• S_IXGRP：组执行
• S_IROTH：其他读
• S_IWOTH：其他写
• S_IXOTH：其他执行

4、文件定位时， whence 的选项有哪些？

SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END 三个常量之一 

5、lseek 的注意事项：

• 打开一个文件时，默认的偏移量是多少？

  除非指定 O_APPEND 选项，否则系统默认将该偏移量设为 0

• 如果文件描述符指定的是一个管道、FIFO、或者网络套接字，lseek 的结果是什么？

  返回 -1 ，并且将 errno 设置为 ESPIPE

• lseek 获得的文件偏移量一定是非负数吗？

  对于普通文件，其当前文件偏移量必须是非负值。但是某些设备运行负的偏移量出现。因此比较lseek的结果时，不能根据它小于0 就认为出错。要根据是否等于 -1 来判断是否出错。

• 当前文件偏移量可以大于文件的当前长度吗？

  当前文件偏移量可以大于文件的当前长度。此时对该文件的下一次写操作将家常该文件，并且在文件中构成一个空洞。空洞中的内容位于文件中但是没有被写过，其字节被读取时都被读为0

6、哪些情况会造成 read 函数实际读到的字节数少于期望读到的字节数？

• 读普通文件时，在读到期望字节数之前到达了文件尾端
• 当从终端设备读时，通常一次最多读取一行（终端默认是行缓冲的）
• 当从某些面向记录的设备（如磁带）中读取时，一次最多返回一条记录
• 当从网络读时，网络中的缓存机制可能造成返回值小于期望读到的字节数
• 当从管道或者FIFO读时，若管道包含的字节少于所需的数量，则 read只返回实际可用的字节数
• 当一个信号造成中断，而已读了部分数据时。

7、进程表现、文件表现、v节点之间的关系？

• 一个进程打开多个文件：

  

• 多个进程打开同一个文件：

  

• 一个进程多次打开同一个文件：

  

  lseek 函数只是修改文件表项中的当前文件偏移量，不进行任何 I/O 操作

8、如何解决多个进程追加一个文件时的竞争关系？

• 追加一个文件时，不能通过lseek到末尾然后write。要用O_APPEND选项打开文件，然后直接write(通过 O_APPEND 选项打开文件，然后直接write时，内核每一次在写操作之前，都会将进程的当前偏移量设置为 v 节点的偏移量，于是就不需要执行lseek定位操作)
• pread/pwrite可以执行原子性的定位读/定位写

9、dup2 中如果 fd、fd2 相同或者 fd 已经被打开了会发生什么？

• 如果 fd2 等于 fd，则直接返回 fd2（也等于 fd ），而不作任何操作
• 如果 fd2 已经是被打开的文件描述符且不等于 fd，则先将其关闭，然后再打开（注意关闭再打开是一个原子操作）

10、sync、fsync、fdatasync 的区别？

• sync：将所有修改过的块缓冲区排入写队列，然后返回，它并不等待时机写磁盘结束
• fsync：只对由fd指定的单个文件起作用，等待写磁盘操作结束才返回
• fdatasync：只对由fd指定的单个文件起作用，等待写磁盘操作结束才返回，但是它只影响文件的数据部分（fsync会同步更新文件的属性）

11、fcntl 中 cmd 的选项有哪些？

• F_DUPFD常量：复制文件描述符 fd。新文件描述符作为函数值返回。它是尚未打开的文件描述符中大于或等于arg中的最小值。新文件描述符与fd共享同一个文件表项，但是新描述符有自己的一套文件描述符标志，其中FD_CLOEXEC文件描述符标志被清除
• F_DUPFD_CLOEXEC常量：复制文件描述符。新文件描述符作为函数值返回。它是尚未打开的个描述符中大于或等于arg中的最小值。新文件描述符与fd共享同一个文件表项，但是新描述符有自己的一套文件描述符标志，其中FD_CLOEXEC文件描述符标志被设置
• F_GETFD常量：对应于fd的文件描述符 标志 作为函数值返回。当前只定义了一个文件描述符标志FD_CLOEXEC
• F_SETFD常量：设置fd的文件描述符标志为arg
• F_GETFL常量：返回fd的文件状态标志。文件状态标志必须首先用屏蔽字 O_ACCMODE 取得访问方式位，然后与O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR、O_EXEC、O_SEARCH比较（这5个值互斥，且并不是各占1位）。剩下的还有：O_APPEND、O_NONBLOCK、O_SYNC
  、O_DSYNC、O_RSYNC、F_ASYNC、O_FSYNC
• F_SETFL常量：设置fd的文件状态标志为 arg。可以更改的标志是：
  O_APPEND、O_NONBLOCK、O_SYNC、O_DSYNC、O_RSYNC、F_FSYNC、O_ASYNC
• F_GETOWN常量：获取当前接收 SIGIO和SIGURG信号的进程 ID或者进程组 ID
• F_SETOWN常量：设置当前接收 SIGIO和SIGURG信号的进程 ID或者进程组 ID为arg。若 arg是个正值，则设定进程 ID；若 arg是个负值，则设定进程组ID
• F_GETLK、F_SETLK、F_SETLKW：获取/设置文件记录锁

API

int open(const char* path,int oflag,.../*mode_t mode*/);
int openat(int fd,const char*path,int oflag,.../*mode_t mode */);

int creat(const char*path,mode_t mode);//open(path,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,mode)
int close(int fd);

off_t lseek(int fd, off_t offset,int whence);

ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbytes);
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes);

ssize_t pread(int fd,void*buf,size_t nbytes,off_t offset);
ssize_t pwrite(int fd,const void*buf,size_t nbytes,off_t offset);

int dup(int fd); //返回的新的文件描述符一定是当前可用的文件描述符中最小的数字
int dup2(int fd,int fd2);

int fsync(int fd);
int fdatasync(int fd);
void sync(void);

int fcntl(int fd,int cmd,.../* int arg */);

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