【操作系统】系统级IO

高级别的IO程序，如c中的printf和scanf，c++中的>>和<<，都依赖Unix 系统级IO

CSAPP Ch-10 笔记

Unix IO

Linux文件即是m个字节的序列$B_0, B_1, …, B_k, …, B_{m-1}$

所有的IO设备（网络，磁盘，终端）被抽象为文件，输入和输出被作为相应文件的读和写进行，Linux内核只需要暴露一个简单低级的应用接口

输入和输出的统一方式:

• 打开文件：应用程序请求IO设备，内核返回描述符
• Linux Shell创建的进程开始时有三个文件：标准输入0，标准输出1，标准错误2
• 改变当前的文件位置：内核存储文件位置k，初始为0，通过seek改变这个偏移量
• 读写文件：读为复制字节到内存，当k>=m时，会触发EOF条件；写为复制字节到一个文件中，从当前位置k开始，然后更新k
• 关闭文件：通知内核，内核释放文件打开时创建的数据结构，释放描述符，进程终止时内核会释放打开的文件以及内存

文件

• 普通文件：文本文件：ASCII或Unicode字符文件，其他的都是二进制文件，对内核而言无区别，换行符\n对应ASCII LF
• 目录：包含一组链接的文件，链接将文件名映射到一个文件
• 套接字socket：与另一个进程进行跨网络通信的文件
• 命名通道named pipe，符号链接，字符和块设备

绝对路径：以斜杠开始/home/test

相对路径：以文件名开始,../test

打开和关闭文件

open函数打开或创建文件

返回一个文件描述符，在进程中没有打开的最小描述符 几种控制参数flags

1
2
3
4
5
6

O_RDONLY 只读
O_WRONLY 只写
O_RDWR 可读可写
O_CREAT 文件不存在则创建空文件
O_TRUNC 存在则截断，清空
O_APPEND 追加写入

mode参数控制读写权限

每个进程都有umask

访问权限为mode & ~umask

close(int fd)关闭文件，成功返回0，失败-1

读写文件

read和write

输入的size为unsigned long类型，ssize_t为long类型，因为read和write函数需要返回-1

read和write读写遇到不足的情况：

• 读取时遇到EOF
• 从终端读文本行
• 读写socket：网络延迟导致read和write返回值不足

RIO包 Robust IO

读取文件元数据

stat和fstat函数，读取文件信息

读取目录内容

opendir函数

共享文件

• 描述符表，每个进程之间独立
• 文件表，打开文件的集合，所有进程共享，包含文件位置，引用计数，指向vnode表的指针，当引用计数为0时，操作系统删除表项
• v-node，进程间共享，包含stat中的信息，st mode，st size

IO重定向

标准输出重定向到磁盘文件

覆盖写入文件之前的内容

使用dup2函数，将终端的输出关闭，改为磁盘文件，磁盘文件引用次数+1

标准IO

标准IO将打开的文件模型化为一个流，减少系统级IO操作的调用

第一次getc调用IO read函数读取到缓冲区，之后调用将缓冲区第一个字节返回给应用程序

选取IO函数问题

socket中不要使用标准IO，可能会导致崩溃，使用RIO函数/Unix IO