Unix系統(tǒng)中主要的文件操作包括：

• open
• read
• write
• lseek
• close

unbuffered IO和standard I/O相對(duì)應(yīng)，后面的章節(jié)我們會(huì)討論這兩者的區(qū)別。

在討論open函數(shù)的時(shí)候，會(huì)引入原子操作，多進(jìn)程通信（共享文件描述符）和內(nèi)核相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

對(duì)應(yīng)內(nèi)核來說，每一個(gè)打開的文件都對(duì)應(yīng)一個(gè)非負(fù)整數(shù)。

有三個(gè)特殊的文件描述符：

• 0表示標(biāo)準(zhǔn)輸入
• 1表示標(biāo)準(zhǔn)輸出
• 2表示標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出

對(duì)于較新的內(nèi)核來說（linux3.2.0，Solaris10等），文件描述符的數(shù)量并沒有明確的限制，受限于內(nèi)存的大小。

常用的文件操作函數(shù)包括：open，read，write，lseek，close

函數(shù)聲明：

#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 */);

返回值：

OK：文件描述符（非負(fù)整數(shù)）

Error：－1

注：參數(shù)列表中，“...”表示不同的系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)中，該處的參數(shù)可能不相同。

參數(shù)說明：

path：文件名

oflag：打開創(chuàng)建文件的屬性。

下面有五個(gè)必選的oflag參數(shù)值，這五個(gè)值有切只能選一個(gè)。另外還有若干個(gè)可選參數(shù)值，可以自行百度。

細(xì)節(jié)說明：

由open和openat返回的文件描述符保證為未使用的最小的文件描述。有的應(yīng)用利用這一特性，先關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)輸入描述符0，就可以在標(biāo)準(zhǔn)輸入描述0上打開文件。

參數(shù)fd可以區(qū)分open和openat函數(shù)。其取值有三種可能：

1. path表示一個(gè)絕對(duì)路徑，則fd參數(shù)無用，openat的功能和open相同；
2. path表示一個(gè)相對(duì)路徑，則fd是一個(gè)文件描述符，指定了path在文件系統(tǒng)中的起始位置，fd為打開path父目錄時(shí)獲取的文件描述符；
3. path表示一個(gè)相對(duì)路徑，而fd的值為AT_FDCWD，這時(shí)，path的父目錄為當(dāng)前工作目錄，openat和open的功能相同。

openat函數(shù)解決了兩個(gè)問題：

• 在多線程條件下，默認(rèn)各個(gè)線程的工作目錄時(shí)相同的（當(dāng)前工作目錄），使用這個(gè)函數(shù)可以使得各個(gè)線程的指定不同的工作目錄；
• 提供了一種方法解決TOCTTOU（time-of-check-to-time-of-use） error。

這里介紹一下TOCTTOU錯(cuò)誤。該類錯(cuò)誤指的是，程序是非常脆弱的（vulnerable）如果該程序調(diào)用了兩個(gè)文件相關(guān)的函數(shù)，第二個(gè)函數(shù)依賴于第一個(gè)函數(shù)的結(jié)果。因?yàn)閮蓚€(gè)函數(shù)是非原子操作，被操作的文件可能被兩個(gè)函數(shù)輪流操作（線程切換），導(dǎo)致第一個(gè)函數(shù)的結(jié)果出錯(cuò)，從而程序出錯(cuò)。

函數(shù)聲明：

#include <fcntl.h>int creat(const char* path, mode_t mode);

返回值：

• OK：文件描述符（只寫）
• Error：－1

creat函數(shù)相當(dāng)于下面這樣調(diào)用open函數(shù)

open (path, O_WEONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

creat有一點(diǎn)不方便，因?yàn)樗蜷_的文件描述符是只讀的，如果希望寫入之后讀回，需要依次調(diào)用creat、close和open，才能實(shí)現(xiàn)。

因此，在這種場(chǎng)景下，一個(gè)更好的打開文件的方法是像下面這樣調(diào)用open函數(shù)：

open (path, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

函數(shù)聲明：

#include <unistd.h>int close(int fd);

返回值：

• 0 ：OK
• -1：Error

關(guān)閉一個(gè)文件會(huì)釋放所有當(dāng)前進(jìn)程加在該文件上的記錄鎖。

每一個(gè)打開的文件都有一個(gè)”當(dāng)前文件偏移量（current file offset）“，該偏移量是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，記錄了從文件開始到當(dāng)前位置的字節(jié)數(shù)。

函數(shù)聲明：

#include <unistd.h>off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

參數(shù)說明：

offset的作用取決于參數(shù)whence的值：

• 如果whence的值是SEEK_SET，文件的偏移量設(shè)置為offset個(gè)字節(jié)；
• 如果whence的值是SEEK_CUR，文件的偏移量設(shè)置為當(dāng)前偏移量加上參數(shù)offset的值；
• 如果whence的值是SEEK_END，文件的偏移量設(shè)置為文件長(zhǎng)度加上參數(shù)offset的值，offset可以是正值或負(fù)值。

細(xì)節(jié)說明：

獲取當(dāng)前文件偏移量的方法：

1 off_t currpos;2 3 currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

lseek只記錄當(dāng)前文件在內(nèi)核中的偏移量，并不會(huì)引起任何的IO操作。返回的offset將會(huì)在后面的read或write函數(shù)中使用。

偏移量可以比當(dāng)前文件的長(zhǎng)度大，這時(shí)，再調(diào)用write函數(shù)時(shí)，將擴(kuò)展該文件的長(zhǎng)度。這樣的操作相當(dāng)于在文件中建了一個(gè)洞，該洞范圍內(nèi)讀時(shí)返回0。

使用od命令可以看到文件中的hole

函數(shù)聲明：

#include <unistd.h>ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);

返回值：

• 正整數(shù)：讀入的字節(jié)數(shù)
• 0：文件結(jié)尾
• -1: error

細(xì)節(jié)說明：

在一些情況下，函數(shù)返回的字節(jié)數(shù)比指定的讀入字節(jié)數(shù)要小，多數(shù)是因?yàn)樽x到了文件末尾，或者指定的讀取位置中包含的字節(jié)數(shù)小于指定的讀入字節(jié)數(shù)，這時(shí)，read返回的為可讀到的字節(jié)數(shù)。

函數(shù)聲明：

#include <unistd.h>ssize_t write (int fd, const void *buf, size_t nbytes);

返回值：

• 非負(fù)整數(shù)：寫入的字節(jié)數(shù)，OK
• -1: Error

返回值總是等于參數(shù)nbytes的值，否則就會(huì)報(bào)錯(cuò)。

對(duì)于常規(guī)的文件來說，寫操作總是從當(dāng)前文件偏移量開始。

簡(jiǎn)單地介紹了一下常用的文件IO操作，并介紹了一些使用上的細(xì)節(jié)，比較常規(guī)。

下一篇講介紹更多文件IO的特性，包括：dup，fcntl，sync，fsync和ioctl函數(shù)。。

好久沒寫博客了，又第一次用mac下的一個(gè)博客軟件寫，不太熟悉，所以寫的比較簡(jiǎn)單，以后會(huì)寫的更努力。

參考資料：

《Advanced PRogramming in the UNIX Envinronment 3rd》