Linux 檔案IO: 通用的IO模型

檔案IO:  通用的IO模型

file descriptor:

全部執行IO操作的系統呼叫都是透過file descriptor去存取. 通常是一個非負的整數.每個process都有一組自己的file descriptor

一般process都會有以下三個file descriptor, 他們由繼承shell而來

file descriptor	用途	POSIX name	stdio stream
0	標準輸入	STDIN_FILENO	stdin
1	標準輸出	STDOUT_FILENO	stdout
2	標準錯誤	STDERR_FILENO	stderr

對於檔案呼叫IO操作有四個主要操作

• open
• read
• write
• close

這四個操作可以對於所有檔案進行IO操作, 包含terminial之類的裝置

open()

int open(const char *pathname, int flags, .../* mode_t mode*/);

• flag： 位元遮罩, 指定檔案的存取模式
• mode: 指定檔案的存取權限(存取權限除了mode之外還會受到process的umask和parent目錄的預設存取權限的影響)

open呼叫返回的值是目前process中最小的未用的file descriptor

open flag簡易表格

Flag	用途
O_RDONLY	以唯讀模式開啟
O_WRONLY	以唯寫模式開啟
O_RDWR	以讀寫模式開啟
O_CLOEXEC	設定close-on-exec旗幟, 可以免去程式執行fcntl()的F_GETED和F_SETFD格外的操作, 可以避免race condition
O_CREAT	若檔案不存在則建立之
O_DIRECTORY	若pathname不是目錄則失敗
O_EXCL	結合O_CREAT參數使用,  專門用於建立檔案, 若檔案存在了就不會開啟檔案.
O_LARGEFILE	在32位元系統使用此旗幟開啟大檔案
O_NOCTTY	不要讓pathname成為控制終端機
O_NOFOLLOW	對符號連結不予解參考
O_TRUNC	截斷現存的檔案, 使其長度為零. 若檔案存在且為普通檔案, 會將檔案清空並檔案大小設為0
O_APPEND	總在檔案結尾附加上資料
O_ASYNC	當IO操作可行時ㄝ, 產生signal通知process(在linux中沒有實質的效果)
O_DIRECT	檔案IO跳過buffer cache
O_DSYNC	提供同步的IO資料完整性
O_NOATIME	read()時不更新最近的access time
O_NONBLOCK	以非阻塞方式開啟
O_SYNC	以同步的方式寫入檔案

create(pathname) 等同於 open(pathanme, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC)

open()呼叫的錯誤

Error Name	說明
EACCES	檔案權限不允許process以flags所指頂的方式開啟
EISDIR	所指定的檔案為目錄且呼叫者企圖寫入操作
EMFILE	Process所開啟file descriptor已達上限
ENFILE	檔案開啟的數量已達系統上限
ENOENT	檔案不存在
EROFS	所屬檔案是唯讀檔卻以寫入模式開啟
ETXTBSY	所指檔案是執行檔且正在執行

read()

ssize_t read(int fd, void *buffer, size_t count)

• count: 最多能讀取的byte數(size_t是無號整數型別)
• buffer: 放讀到資料的空間
• 返回實際讀到的byte數, 失敗反為-1
• 遇到EOF則返回0
• 遇到讀到的byte數比指定少的情形
• 到檔案結尾
• 從終端機讀到’\n’字元

write()

ssize_t write(int fd, const volid *buffer, size_t count)

• count: 最多能寫入的byte數(size_t是無號整數型別)
• buffer: 放寫入資料的空間
• 當write操作成功後也不能保證資料被寫到Disk上,  因為kernel對於disk的IO操作有做buffer cache

close()

int close(int fd)

關閉沒有用的file descriptor是良好的習慣

lseek()

移動寫入或讀取file的入口

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

• offset: 指定了一個以byte為單位的數值, 表從基準點移動的距離. 從下一個byte開始算.
• whence: 參考的基準點
• SEEK_SET: 從檔案起始byte
• SEEK_CUR：目前檔案存取的地方
• SEEK_END：檔案最後一個byte

若whence為SEEK_CUR or SEEK_END, offset可以為負數. 但為SEEK_SET就不能為負數

lseek()不允許用到pipe, FIFO, socket or 終端機等裝置上. 但可以用在disk上

file hole

write()可以允許在檔案結尾寫上資料, 而利用lseek()方式可以在檔案結尾offset處開始寫資料, 檔案結尾到新寫上的資料中間的空間稱之為file hole(檔案空洞). 讀file hold會返回填滿零的空間.