Linux系统编程.NO5——基本文件控制

3.文件I/O基本理论

3.1.索引节点inode

Linux采用“按名存取”的方式访问文件，每个文件除了文件名以外的属性都保存在inode当中，inode是一个结构体，所以每个文件的i节点中都存着许多属性：i_mode文件类型和权限，i_uid拥有者标识符，i_size文件长度（以字节为单位），i_atime最后一次访问时间，i_ctime节点最后改变的时间，i_mtime文件内容最后改变的时间，i_dtime文件删除的时间，i_gid组标识符，i_blocks文件数据块数，i_flags文件标志，i_block指向数据块的指针。
系统中的每个文件都有自己的inode号保存在索引节点表中，当要打开某个文件时，系统会将这个节点号拷贝到VFS系统的inode当中去，方便系统使用。

3.2.st_mode中的文件类型

st_mode是文件的节点结构体inode中的一个成员，该结构体类型是struct stat，st_mode是一个16位的整数，它的低12位表示的是访问权限，而前4位则表示了该文件的文件类型。
将一个文件的st_mode和0170000（0开头表示这是8进制数，换成2进制就是 1111 0000 0000）相与（也就是只保留文件st_mode的前四位，忽略后面的12位，所以这个数又叫文件类型字段的二进制掩码，宏定义为S_IFMT）,得到的结果表示一种文件类型。
有7种可能的结果：
0140000（转二进制前4位是1100,宏定义为S_IFSOCK）,表示这是socket文件；
0120000（转二进制前4位是1010，宏定义为S_IFLNK）,表示这是符号链接文件；
0100000（转二进制前4位是1000，宏定义为S_IFREG）,表示这是普通文件；
0060000（转二进制前4位是0110，宏定义为S_IFBLK）,表示这是块设备文件；
0040000 (转二进制前4位是0100，宏定义为S_IFDIR),表示这是目录文件；
0020000（转二进制前4位是0010，宏定义为S_IFCHR）,表示这是字符设备文件；
0010000（转二进制前4位是0001，宏定义为S_IFIFO）,表示这是FIFO文件；

3.3.访问文件内核数据结构

当要访问一个文件时，系统中就会建立起相应的数据结构来记录访问文件需要的各种信息。首先进程启动，进程结构体是task_struct，它有一个成员是struct file_struct *file代表当前打开文件，而file_struct结构体中包含当前打开文件指针，它指向一个struct file，file结构体中包含文件信息以及位置，并且间接指向文件i节点。

3.4.Linux进程对文件的访问

进程访问文件，首先用户通过用户名向系统发起请求，然后系统在文件系统中寻找i节点，同时将i节点复制到内存的inode表中，可以提高文件的访问速度。内存中的inode比一般的inode要多一点信息，比如inode节点引用计数，内存inode是否被修改过等。
系统还会建立一个文件表，用于记录系统中所有打开的文件。每打开一次文件，就会增加一个表项（记录该文件的打开方式、读写指针、指向内存inode的指针等）
同时进程中的fd表也会增加一个fd表项（以文件描述符为下标），每一个进程一建立就会首先打开文件描述符为0、1、2的三个文件，其他的文件都会排在后面，用户通过文件描述符和系统调用访问该文件。

3.5.文件i/o基本函数

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

该函数用于用于打开或创建一个文件，一般只有第一二个参数，第一个参数是打开文件名字，第二个参数表示打开方式，是个可选参数如O_RDONLY(只读)、O_WRONLY(只写)、O_RDWR(可读写)、这三个参数必须有且只有一个，还有O_CREAT(没有就创建)、O_EXCL(和O_CREAT一起使用，如果该文件本来存在则open失败)、O_APPEND(打开文件时文件指针在文件的末尾)等多个参数，需要使用多个参数就用或运算“|”将这些flag连在一起，最常用的就是O_RDONLY|O_CREAT(只读方式打开，没有就创建)等等。第三个参数是说明该文件的权限，使用数字参数（如755）或者符号常:name量（如S_PRUSR|S_PWUSR|S_PXUSR）来表示权限。该函数的返回值是一个int类型，即文件描述符，返回为-1表示打开失败。
头文件是<sys/types.h><sys/stat.h><fcntl.h>
3.5.2.creat()
creat函数和flags为O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUN的open函数效果一样。
*3.5.3.ssize_t read(int fd,void buf,size count);
读函数，第一个参数是想要读文件的文件描述符，第三个参数是想要读取的字节长度，第二参数是读取后的内容的存放位置，所以要使用这个函数需要事先定义一个buf准备用于存放读取的数据，该函数返回值也是int型，表示具体读取到了多少位，所以如果返回值不等于输入的count，那么表示读取出错了。
头文件是<unistd.h>
*3.5.4.ssize_t write(int fd,const void buf,size_t count);
写函数，第一个参数是需要写入的文件的文件描述符，第三个参数是想要写入的内容字节长度，第二个参数是要写入的内容，可以直接写一个字符串（如“str”）,也可以事先把这个放入一个数组，该函数的返回值也是int，表示具体写入的多少位，所以如果返回值和输入的count不一样，则表示写入出错。
头文件是<unistd.h>
3.5.5.off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence);
文件定位函数，当打开一个文件时候，就会有一个文件指针在出现在该文件的开头，读操作和写操作都会使得文件指针向后移动，当文件关闭后，指针就会消失，再次打开，文件指针就又回到开头。在一次打开的过程中多次读写的话可能导致指针位置难以确定，就需要文件定位。
函数第一个参数是指定文件的文件描述符，第二个参数是偏移量，整数都可以（为负表示向前移），第三个参数表示开始偏移的位置，有三个可以选择，SEEK_SET(文件开始位置),SEEK_CUR(文件当前位置),SEEK_END(文件结束位置)。
头文件是<sys/types.h><unistd.h>
3.5.6. int close(int fd)
关闭一个文件，参数是该文件的文件描述符，成功关闭返回0，失败返回-1.
头文件是<unistd.h>
3.5.7. void sync(void);
将缓冲区的内容写入磁盘，系统在执行写操作时，并没有直接将内容写入磁盘（也就是文件），而是先放入缓冲区，这样可以提高读写磁盘的速度，但是如果在还没有写入磁盘计算机意外关机，就可能造成信息丢失。
该函数没有返回值和参数，用于将所有缓冲区的内容写入磁盘。
头文件是<unsitd.h>
3.5.8. int fsync(int fd)/int fdatasync(int fd);
将指定文件的内容写入磁盘，成功返回0，错误返回-1.
头文件是<unistd.h>