解码Linux文件IO基础

文件的概念

在Linux系统语境下，文件（file）一般有两个基本含义：

• 狭义：指普通的文本文件，或二进制文件。包括日常所见的源代码、word文档、压缩包、图片、视频文件等等。
  

• 广义：除了狭义上的文件外，几乎所有可操作的设备或接口都可视为文件。包括键盘、鼠标、硬盘、串口、触摸屏、显示器等，也包括网络通讯端口、进程间通讯管道等抽象概念。
  

根文件系统说明

• 需要注意：Linux系统是离不开文件系统的，在Linux内核启动之后首先搭载的就是根文件系统rootfs，根文件系统rootfs本质就是文件系统，只不过是Linux内核挂载的第一个文件系统。而Linux内核源码是存储在文件系统中，所以在linux系统启动的过程中启动引导程序uboot会加载内核并利用内核挂载根文件系统。根文件系统被挂载之后，一些服务程序和一些脚本文件才可以存储在文件系统中，其他的文件系统才可以被挂载。根文件系统会提供一些服务：比如根文件系统会提供一个根目录（存储文件和目录）、提供一个shell终端（用户才可以输入命令）、根文件系统会存储应用程序。总而言之，Linux内核离开根文件系统是无法正常工作的。

linux系统的启动流程

• 文件系统的最顶层是由根目录开始的，系统使用“/”来表示根目录，在根目录之下的既可以是目录（目录就相当于 Windows 中的文件夹），也可以是文件，而每一个目录中又可以包含（子）目录或文件。如此反复就可以构成一个庞大的文件系统。使用这种树状、具有层次的文件结构主要目的是方便文件系统的管理和维护，想象一下，如果所有的文件都放在一个目录下，其文件系统的管理和维护将变成一场噩梦。同样，为了方便观察Linux系统的目录结构，所以Linux内核也提供了一个shell命令：tree，该命令可以以树状结构打印出目录的层次，当然，tree命令需要在Linux系统中提前安装。
  在shell终端中输入命令： sudo apt-get install tree 安装tree命令

根目录出发的树状图

Linux的文件类型(Linux系统秉持一切皆文件)

• 规则文件(-)：存在于外部存储器中，用于存储普通数据。
• 块设备文件(b)：块设备在应用层的访问接口。
• 字符设备文件(c)：字符设备在应用层的访问接口。
• 目录文件(d)：用于存放目录项，是文件系统管理的重要文件类型。
• 链接文件(l)：用于间接访问另外一个目标文件，相当于windows快捷方式。
• 管道文件(p)：一种用于进程间通信的特殊文件，也称为命名管道FIFO。
• 套接字文件(s)：一种用于网络间通信的特殊文件。

系统IO与标准IO

对文件的操作，基本上就是输入输出，因此也一般称为IO接口。在操作系统的层面上，这一组专门针对文件的IO接口就被称为系统IO；在标准库的层面上，这一组专门针对文件的IO接口就被称为标准IO，如下图所示：

• 系统IO：是众多系统调用当中专用于文件操作的一部分接口。
• 标准IO：是众多标准函数当中专用于文件操作的一部分接口。

从图中还能看到，标准IO实际上是对系统IO的封装，系统IO是更接近底层的接口。如果把系统IO比喻为菜市场，提供各式肉蛋菜果蔬，那么标准IO就是对这些基本原来的进一步封装，是品类和功能更加丰富的各类酒庄饭店。

如何选择系统IO与标准IO

• 系统IO
  • 由操作系统直接提供的函数接口，特点是简洁，功能单一
  • 没有提供缓冲区，因此对海量数据的操作效率较低
  • 套接字Socket、设备文件的访问只能使用系统IO
• 标准IO
  • 由标准C库提供的函数接口，特点是功能丰富
  • 有提供缓冲区，因此对海量数据的操作效率高
  • 编程开发中尽量选择标准IO，但许多场合只能用系统IO

总的来讲，这两组函数接口在实际编程开发中都经常会用到，都是基本开发技能。