IO分为有缓冲IO和无缓冲IO两种，具体的区别可以见下图。不带缓冲的I/O,直接调用系统调用，速度快，如函数open（）， read（）， write（）等。而带缓冲的I/O,在系统调用前采用一定的策略，速度慢，比不带缓冲的I/O安全，如fopen（）， fread（） fwrite（）等。
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下面介绍文件IO中的基础函数。

    1.open函数

open函数:调用它可以打开或者创建一个文件。


如果失败，返回值为-1


参数解析： pathname是要打开或者创建的文件名。flags  文件打开时候的选项， O_RDONLY以只读方式打开文件。O_WRONLY以只写方式打开文件。 O_RDWR以读、写方式打开文件。


这三个选项是必选的！


flags 可选选项：
O_APPEND 以追加方式打开文件，每次写时都写在文件末尾。
O_CREAT    如果文件不存在，则创建一个，存在则打开它。
O_EXCL      与O_CREAT一起使用时，如果文件已经存在则返回出错。
O_TRUNC   以只写或读写方式打开时，把文件截断为0
O_DSYNC   每次write时，等待数据写到磁盘上。
O_RSYNC    每次读时，等待相同部分先写到磁盘上。
O_SYNC      每次write时，等到数据写到磁盘上并接更新文件属性。
SYNC选项都会影响降低性能，有时候也取决于文件系统的实现。

mode  只有创建文件时才使用此参数，指定文件的访问权限。模式有：
   S_IRWX[UGO]    可读 可写 可执行
   S_IR[USR GRP OTH]   可读
   S_IW[USR GRP OTH]   可写
   S_IX[USR GRP OTH]    可执行
   S_ISUID   设置用户ID
   S_ISGID   设置组ID

U->user G->group  O->others

    2.creat函数

creat  以只写方式创建一个文件，若文件已经存在，则把它截断为0


参数解析：


pathname  要创建的文件名称mode   跟open的第三个参数相同，可读，可写，可执行 。如果失败 ，返回值为-1


creat函数等同于  open (pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)


 

    3.close函数

close 关闭已经打开的文件，并释放文件描述符




参数解析：filedes 文件描述符，有open或者creat返回的非负整数。


如果失败，返回值为-1
当一个进程结束时，​​操作系统​​会自动释放该进程打开的所有文件。但还是推荐用close来关闭文件。
lsof命令可以查看进程打开了那些文件。

    4.lseek函数

lseek 用来定位当前文件偏移量，既你对文件操作从文件的那一部分开始。



如果失败，返回值为-1，成功返回移动后的文件偏移量。


参数解析：filedes 文件描述符。offset 必须与whence一同解析


    whence为   SEEK_SET, 则offset从文件的开头算起。


    whence为   SEEK_CUR, 则offset从当前位置算起，既新偏移量为当前偏移量加上offset


    whence为   SEEK_END， 则offset从文件末尾算起。


可以通过lseek、write来快速创建一个大文件。


 

    5.read函数

read 从当前文件偏移量处读入指定大小的文件内容



失败返回-1, 成功返回读入的字节数，到文件末尾返回0


参数解析 filedes 文件描述符 ，有open返回。buf  读入文件内容存放的内存首地址。nbytes 要读取的字节数。


实际读入的字节数可能会小于要求读入的字节数。比如文件只有所剩的字节数小于你要读入的字节数，读取fifo文件和网络套接字时都可能出现这种情况。 


 

    6.write函数

write向一个文件写入一定字节的内容。



失败返回-1，成功返回实际写入的字节数。当磁盘满或者文件到达上限时可能写入失败。


一般从当前文件偏移量出写入，但如果打开时使用了O_APPEND，那么无论当前文件偏移量在哪里,都会移动到文件末尾写入。


 

    以上都是文件IO最基本的几个函数，那么linux的IO是怎么实现的呢？内核使用了三种​​数据结构​​，来实现I/O
    1. 每个进程在进程表中都有一个记录项，每个记录项中有一张打开文件描述符表，可将其视为一个矢量，每个描述符占用一项。与每个 文  件描述符相关联的是：
         (a) 文件描述符标志。
         (b) 指向一个文件表项的指针。
    2. 内核为所有打开文件维持一张文件表。每个文件表项包含：
          (a) 文件状态标志(读、写、增写、同步等)。
          (b) 当前文件位移量。
          (c) 指向该文件v节点表项的指针。
    3. 每个打开文件（或设备）都有一个v节点结构。v节点包含了文件类型和对此文件进行各种操作的函数的指针信息。对于大多数文件， v节点还包含了该文件的i节点（索引节点）。例如， i节点包含了文件的所有者、文件长度、文件所在的设备、指向文件在盘上所使用的实际数据块的指针等等

如下图所示，内核中的数据结构




两个文件各自打开同一个文件，它们拥有各自的文件表项，但共享v节点表。见下图所示


什么是原子操作？     A B两个进程以O_APPEND方式打开同一个文件。A 进程去写该文件，假设此时文件偏移量为1000，B进程同时去写该文件，此时由于A进程未写完，则B进程得到的文件偏移量仍为1000。最后B进程的内容可能会覆盖掉A进程写的内容。pread , pwrite是原子读写操作。相当于先把文件偏移量定位到offset，然后在进行读写。这都是一步完成，不存在竞争问题。





返回值跟read和write一样。offset为文件偏移量。


 

    下面介绍一些文件IO中比较高级的函数。dup（），fcntl（），sync（）等。

    1.dup函数

dup/dup2用来复制一个已经存在的文件描述符



失败返回-1，成功返回新文件描述符。filedes2是新文件描述符，如果已经打开则先关闭它。


ssize_t pread(int filedes, void *buf, size_t nbytes, off_t offset);


共享文件表项。


 

    2.fcntl函数

 fcntl 可以改变已经打开的描述符。


参数解析：


       第一个为已经打开的文件描述符


       第二个为要对文件描述采取的动作


       F_DUPFD   复制一个文件描述，返回值为新描述符。


       F_GETFD/F_SETFD   目前只有FD_CLOEXEC一个，set时候会用到第三个参数。


       F_GETFL / F_SETFL  得到或者设置目前的文件描述符属性，返回值为当前属性。设置时使用第三个参数。


    3.sync函数


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最后些一个

​​测试​​程序，希望可以用到里面大多数函数，用于测试其功能。这个程序功能是打开一个文件，在里面写入hello world，然后调用dup函数复制一个文件描述符，随后调用lseek将偏移量设置到hello之后，最后读出文件内容world打印到终端显示。代码如下所示