1、文件管理系統

　　在大多數應用中，文件是一個核心成分，處理實時應用和一些特殊的應用外，應用程序的輸入都是通過文件的形式來完成的，實際上，所有應用程序的輸出都保存在文件中，這便於信息的長期存儲，也便於用戶將來通過應用程序訪問信息。

　　數據或者文件歸根結底是存儲於物理內存空間上的，操作系統可以通過文件系統方便的管理磁盤上的文件，Linux的文件系統模型如下所示：

Linux文件系統模型

　　對於物理內存的訪問都是同通過設備驅動程序來進行的，而對設備啟動的訪問則有兩種途徑：一種是通過設備驅動本身提供的接口；另一種是通過虛擬文件系統（Vitual File System，VFS）提供給上層應用程序的接口。第一種方式能夠讓用戶進程繞過文件系統字節讀寫磁盤上的內容，但這個操作會帶來極大的不穩定性，因此大部分操作系統包括linux都是使用虛擬文件系統來訪問設備驅動的。只有在特殊情況下，才允許用戶進程通過設備驅動接口直接訪問物理磁盤。

　　VFS是虛擬的，不存在的，他和proc文件系統一樣，都是只存在於內存而不存在於物理硬件中的，即只有在操作系統運行了以後才能存在，VFS提供的這一種機制可將各種不同的文件系統整合在一起，並提供統一的API接口供上層的引用程序使用。VFS的使用體現了Linux文件系統的最大特點——支持多種不同的文件系統，如XFS、EXT4、EXT3、EXT2、NFTS、VFAT等。

2、文件IO和標準IO

一、先來了解下什麽是文件I/O和標準I/O：

文件I/O：文件I/O稱之為不帶緩存的IO（unbuffered I/O)。不帶緩存指的是每個read，write都調用內核中的一個系統調用。也就是一般所說的低級I/O——操作系統提供的基本IO服務，與os綁定，特定於linix或unix平臺。

標準I/O：標準I/O是ANSI C建立的一個標準I/O模型，是一個標準函數包和stdio.h頭文件中的定義，具有一定的可移植性。標準I/O庫處理很多細節。例如緩存分配，以優化長度執行I/O等。標準的I/O提供了三種類型的緩存。

（1）全緩存：當填滿標準I/O緩存後才進行實際的I/O操作，對於讀操作，直到讀入的內容字節數等於緩沖區大小或者文件已經到達結尾，才進行實際的IO操作，將外存文件內容讀入緩沖去；對於寫操作，直到緩沖區被填滿，才進行實際的IO操作，將緩沖區內容寫到外存文件中。磁盤文件通常是全緩沖。
（2）行緩存：當輸入或輸出中遇到新行符時，才調用系統IO函數
（3）不帶緩存：stderr就是了。

二、二者的區別

文件I/O 又稱為低級磁盤I/O，遵循POSIX相關標準。任何兼容POSIX標準的操作系統上都支持文件I/O。

　　標準I/O被稱為高級磁盤I/O，遵循ANSI C相關標準。只要開發環境中有標準I/O庫，標準I/O就可以使用。（Linux 中使用的是GLIBC，它是標準C庫的超集。不僅包含ANSI C中定義的函數，還包括POSIX標準中定義的函數。因此，Linux 下既可以使用標準I/O，也可以使用文件I/O）。

在實現對文件的操作上，兩者具有顯著的區別：

　　（1）標準I/O默認采用了緩沖機制，比如調用fopen函數，不僅打開一個文件，而且建立了一個緩沖區（讀寫模式下將建立兩個緩沖區），還創建了一個包含文件和緩沖區相關數據的數據結構。低級I/O一般沒有采用緩沖，需要自己創建緩沖區，不過其實在linix或unix系統中，都是有使用稱為內核緩沖的技術用於提高效率，讀寫調用是在內核緩沖區和進程緩沖區之間進行的數據復制。

　　（2）從操作的設備上來區分，文件I/O主要針對文件操作，讀寫硬盤等，它操作的是文件描述符，標準I/O針對的是控制臺，打印輸出到屏幕等，它操作的是字符流。對於不同設備得特性不一樣，必須有不同API訪問才最高效。

三、兩者下的函數

3、文件描述符

　　對於內核而言，所有打開的文件都得通過文件描述符引用。文件描述符本質上是一個非負整數，當打開一個現有文件或創建一個新文件時，內核向進程返回一個文件描述符，該文件描述符用於對文件進行讀寫操作。 在Linux系統中一切皆可以看成是文件，文件又可分為：普通文件、目錄文件、鏈接文件和設備文件。文件描述符（file descriptor）是內核為了高效管理已被打開的文件所創建的索引，其是一個非負整數（通常是小整數），用於指代被打開的文件，所有執行I/O操作的系統調用都通過文件描述符。程序剛剛啟動的時候，0是標準輸入，1是標準輸出，2是標準錯誤。如果此時去打開一個新的文件，它的文件描述符會是3。在linux下建議使用符號常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDER_FILENO進行代替，提高程序可讀性，這些常量通常定義在頭文件<unistd.h>中。

文件打開與文件描述符之間的詳細關系可以看博客http://blog.csdn.net/cywosp/article/details/38965239

4、流和FILE對象

　　文件IO主要是針對文件描述符的，而標準IO的操作主要是圍繞流進行的，當用標準IO打開或創建一個文件時，就使得一個流與對應的文件相結合。標準IO函數fopen返回一個指向FILE對象的指針。當打開一個流時，標準IO函數fopen返回一個指向FILE對象的指針。該對象通常是一個結構，它包含了標準IO庫為管理該流所需要的所有信息，包括：用於實際IO的文件描述符、指向用於該流緩沖區的指針、緩沖區的長度、當前在緩沖區中的字符數以及出錯標誌等等。
　　對於進程，預定了三個流，並且這三個流可以自動的被進程使用，他們是標準輸入、標準輸出和標準出錯。

文件操作系統入門基本概念