APUE读书笔记3-文件I/O

本章主要介绍UNIX系统提供的基本I/O函数，并通过文件I/O和open函数介绍原子操作的概念，最后介绍内核在多进程间共享打开文件信息的数据结构

文件描述符

1. 文件描述符：一个非负整数。内核使用文件描述符引用打开的文件。按照惯例，UNIX系统shell将文件描述符0与标准输入相关联，文件描述符1与标准输出相关联，文件描述符2与标准错误相关联。
2. POSIX中使用符号常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO来代替幻数0、1、2，以此提高程序的可读性。这些常量定义在<unistd.h>中。
3. 文件描述符的变化范围是0~OPEN_MAX-1。

函数open和opeat

调用open或openat函数可以打开或创建一个文件。

#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */);
int openat(int fd, const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */)

• 参数：

  • path：要打开或创建文件的名字

  • oflag：用来说明此函数的多个选项，用下列一个或多个常量进行“或”运算构成oflag参数

    • O_RDONLY：只读打开
    • O_WRONLY：只写打开
    • O_RDWR：读、写打开
    • O_EXEC：只执行打开
    • O_SEARCH：只搜索打开（应用于目录）。本书设计的操作系统都不支持该常量

    在上面5个常量中必须指定且只能指定一个。下面的常量是可选的：

    • O_APPEND：每次写时追加到文件尾端
    • O_CLOEXEC：将FD_CLOEXEC常量设置为文件描述符标志
    • O_CREAT：若此文件不存在则创建它。使用此选项时，open函数需同时说明第3个参数mode（指定新文件的访问权限位）
    • O_DIRECTORY：如果path引用的不是目录，则出错
    • O_EXCL：如果同时指定了O_CREAT时，而文件存在则出错。使用此常量可以测试一个文件是否存在，如果不存在，则创建此文件。这使得测试和创建文件成为一个原子操作
    • O_NOCTTY：如果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：如果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、一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选项将文件的本次打开和后续的I/O操作设置为非阻塞方式
    • O_SYNC：使每次write等待物理I/O操作完成，包括write操作引起的文件属性更新引起的I/O
    • O_TRUNC：如果此文件存在，而且为只写或读-写成功打开，则将其长度截断为0
    • O_DSYNC：使每次write要等待物理I/O操作完成，但是如果该写操作并不影响刚写入的数据，则不需等待文件属性被更新
    • O_RSYNC：使每一个以文件描述符作为参数进行的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

• 返回值：

  • 成功：返回文件描述符
  • 出错：返回-1

由open和openat函数返回的文件描述符一定是最小的未用描述符数值。fd参数参数将open和openat函数区分开，共有3种可能性：

• path参数指定的是绝对路径名，在这种情况下，fd参数被忽略，openat函数相当于open函数
• path参数指定的是相对路径名，fd参数指出了相对路径名在文件系统中的开始地址。fd参数是通过相对路径名所在的目录来获取。
• path参数指定了相对路径名，fd参数具有特殊值AT_FDCWD。在这种情况下，路径名从当前工作目录中获取，openat函数在操作上与open函数类似

openat函数是POSIX最新版本中增加的函数之一，它能够解决以下两个问题：

• 让线程可以使用相对路径名打开目录中的文件，而不再只能打开当前工作目录
• 避免TOCTTOU（time-of-check-to-time-of-use）错误：如果两个基于文件的函数调用，其中第二个调用依赖于第一个调用的结果，那么这两个调用不是原子操作。这是因为两个函数调用之间文件可能改变，而这造成第一个调用的结果不再有效。

函数creat