第10章——系统级I/O

• 输入/输出是在主存和外部设备之间复制数据的过程

Unix I/O

• Unix I/O：将设备被优雅地映射为文件，允许Linux内核引出一个简单、低级的引用接口，使得所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式来执行：
  • 打开文件：内核返回一个小的非负整数，叫做描述符，它在后续对此文件的所有操作中标识这个文件
  • 打开标注输入、标准输出、标准错误文件
  • 改变当前的文件位置：从文件开头起始的字节偏移量
  • 读写文件
  • 关闭文件

文件

• Linux文件类型：
  • 普通文件：文本文件（只含有ASCII或Unicode字符的普通文件）和二进制文件
  • 目录：包含一组链接的文件，其中每个链接都将一个文件名映射到一个文件，这个文件也可能是另一个目录
  • 套接字：用来与另一个进程进行跨网络通信的文件

打开和关闭文件

• open函数将filename转换为一个文件描述符，并且返回描述符数字
• close函数关闭一个打开的文件

读和写文件

• 调用read和write函数来执行输入和输出

用RIO包健壮地读写

• RIO的无缓冲的输入输出函数：直接在内存和文件之间传送数据，没有应用级缓冲
• RIO的带缓冲的输入函数：高效地从文件中读取文本行和二进制数据，是线程安全的

读取文件元数据

• 通过调用stat和fstat函数可以检索关于文件的信息（元数据），stat的输入是文件名，fstat的输入是文件描述符

读取目录内容

• 用readdir函数来读取目录的内容，输入为目录流，返回指向目录流中下一个目录项的指针，没有则返回NULL。目录项是一个结构，包含文件名和文件位置
• opendir函数以路径名为参数，返回指向目录流的指针，流是对条目有序列表的抽象，在这里是指目录项的列表
• closedir函数关闭流并释放其所有的资源

共享文件

• 内核用三个相关的数据结构来表示打开的文件：
  • 描述符表：每个进程都有它独立的描述符表，每个打开的描述符表项指向文件表中的一个表项
  • 文件表：打开文件的集合是由一张文件表来表示的，所有进程共享这张表，每个文件表的表项组成包括当前的文件位置、引用计数，以及一个指向v-node表中对应表项的指针
  • v-node表：同文件表一样，所有的进程共享这张v-node表，每个表项包含stat结构中的大多数信息
• 多个描述符可以通过不同的文件表表项来引用同一个文件

I/O重定向

• dup2函数复制描述符表表项oldfd到描述符表表项newfd，覆盖后者以前的内容

标准I/O

• C语言定义了一组高级输入输出函数，称为标准I/O库