I/O
文件I/O
应用程序通过要求内核打开相应的文件,内核记录这个打开文件的所有信息,应用程序只需记住这个描述符。
Unix外壳创建的每个进程开始都有三个打开的文件:
STDIN_FILENO(0), STDOUT_FILENO(1), STDERR_FILENO(2)
Unix I/O函数:
open:打开或创建一个文件
close:关闭一个打开的文件
read:系统调用,不带缓冲的IO,从打开文件中读数据
write:系统调用,不带缓冲的IO,向打开文件中写数据
lseek:显示地为一个打开文件设置偏移量
内核使用3种结构表示打开的文件:
描述符表:每个进程都有它独立的描述符表,它的表项是由进程打开的文件描述符来索引的。每个打开的描述符表项指向文件表的一个表项。
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。
v-node表:所有进程共享,每个表项包含stat结构中大多数信息。
标准I/O库
类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象,引入标准IO库的目的是为了提高IO的效率,避免频繁的进行read/write系统调用,而系统调用会消耗较多的资源。因此标准IO库引入了IO缓存,通过累积一定量的IO数据后,然后集中写入到实际的文件中来减少系统调用,从而提高IO效率。标准IO库会自动管理内部的缓存,不需要程序员介入。然而,也正是因为我们看不到标准IO库的缓存,有时候会给我们带来一定的迷惑性。
标准IO提供以下3种类型的缓冲。
全缓冲
填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作。
行缓冲
当在输入和输出中遇到换行符时,标准I/O库执行I/O操作。
不带缓冲
标准I/O库不对字符进行缓冲存储。
ISO C要求下列缓冲特征:
当且仅当标准输入和标准输出并不指向交互式设备时,它们才是全缓冲的。
标准错误决不会是全缓冲的。
很多系统默认使用的缓存:
标准错误是不带缓冲的。
若是指向终端设备的流,则是行缓冲的;否则是全缓冲的。
本文详细介绍了Unix操作系统中的文件I/O原理,包括如何通过内核打开文件、使用open、close、read、write和lseek等系统调用进行文件操作,以及标准I/O库如何通过引入缓存提高IO效率,同时解释了全缓冲、行缓冲和不带缓冲三种缓冲机制的区别。

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