2018-2019-1 20165317 第六周學習總結

教材學習內容總結

輸入/輸出（I/O）是主存和外部設備（I/O設備）（如磁盤驅動器、終端、網絡）之間拷貝數據的過程。輸入是從I/O設備拷貝到主存。反之則反。

10.1Unix I/O

• Unix文件就是一個m字節的序列：b0,b1,b2….bm-1。所有的I/O設備都被虛擬化為文件。所有的輸入輸出都是在當成相對應的文件的讀寫。將設備映射為文件，Unix內核引出一個應用接口，Unix I/O。

• 輸入輸出的執行方式：

  • 打開文件：打開文件，內核會返回描述符。標準輸入（STDIN_FILENO）描述符為0、標準輸出（STDOUT_FILENO）描述符為1、標準錯誤（STDERR_FILENO）描述符為2。也就是說在Unix生命周期一開始，0、1、2就被占用，以後的open只能從3開始——習題10.1

  • 改變當前文件位置：文件位置k，是文件開頭起始的字節偏移量。

  • 讀寫文件：讀是從文件拷貝到存儲器。寫相反。當k超過文件字節數m時，會觸發end-of-file(EOF)條件。

  • 關閉文件：釋放文件打開時創建的數據結構（釋放文件的存儲器資源），將描述符恢復到可用的描述符池中。

10.2打開和關閉文件

• 1.open函數

（1）函數定義：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int open(char *filename, int flags, mode_t mode);

（2）參數解析：

返回值：類型為int型，返回的是描述符數字，總是在進程中當前沒有打開的最小描述符。如果出錯，返回值為-1.

• filename：文件名

• flags：指明進程打算如何訪問這個文件，可以取的值見下：

  O_RDONLY：只讀
  O_WRONLY：只寫
  O_RDWR：可讀可寫
  O_CREAT：文件不存在，就創建新文件
  O_TRUNC：如果文件存在，就截斷它
  O_APPEND：寫操作前設置文件位置到結尾處
  這些值可以用“或”連接起來。

• mode：指定了新文件的訪問權限位，符號名稱如下：

• 2.close函數

(1)函數定義：

#include <unistd.h>

int close(int fd);
 

(2)參數解析：

返回值：成功返回0，出錯返回-1

關閉一個已經關閉的描述符會出錯

fd：即文件的描述符。

10.3讀和寫文件

• 1.讀 read

（1）函數原型：

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t n);//返回有符號值

（2）參數解析：

返回值：成功則返回讀的字節數，EOF返回0，出錯返回-1。返回值為有符號數。
fd：文件描述符
buf：存儲器位置
n：最多從當前文件位置拷貝n個字節到存儲器位置buf

• 2.寫 write

（1）函數原型：

#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, void *buf, size_t n);

（2）參數解析：

返回值：成功則返回寫的字節數，出錯返回-1。返回值為有符號數。
fd：文件描述符
buf：存儲器位置
n：最多從存儲器位置buf拷貝n個字節到當前文件位置

• 需要註意的是，read和write在正常情況下返回值是實際傳送的字節數量。

• 3.不足值

    不足值指在某些情況下，read和write傳送的字節比應用程序要求的要少，原因如下：
    讀的時候遇到EOF
    從終端讀文本行
    讀和寫socket

10.4用RIO包健壯地讀寫

• RIO包能自動地處理不足值。提供了兩個函數：無緩沖的輸入輸出函數，帶緩沖的輸入函數。

• RIO的無緩沖的輸入輸出函數

這些函數的作用是直接在存儲器和文件之間傳送數據，常適用於網絡和二進制數據之間。

rio_readn函數和rio_writen定義：

#include "csapp.h"

ssize_t rio_readn(int fd, void *usrbuf, size_t n);
ssize_t rio_writen(int fd, void *usrbuf, size_t n);

參數：

fd：文件描述符
usrbuf：存儲器位置
n:傳送的字節數

返回值：

rio_readn成功則返回傳送的字節數，EOF為0（一個不足值），出錯為-1
rio_writen成功則返回傳送的字節數，出錯為-1，沒有不足值。

• RIO的帶緩沖的輸入函數

  • 可以高效的從文件中讀取文本行和二進制數據。

  • 文本行就是一個由換行符結尾的ASCII碼字符序列。換行符數字值為0x0a.rio_readlineb函數從內部讀緩沖區拷貝一個文本行，當緩沖區為空時，會自動地調用read重新填滿緩沖區。rio_readn帶緩沖區的版本：rio_readnb。

  • rio_readlineb從rp讀出一個文本行（包括換行符）並把它存到usrbuf，並用空字符結束這個文本行。最多讀maxlen-1個字節，剩下一個給結尾處的空字符。

  • rio_readnb最多讀n個字節。

10.5讀取文件元數據

• 檢索文件元數據的方式：調用stat和fstat函數。兩者功能相似。

  • stat數據結構中的成員。重點掌握st_mode,st_size.

     st_size:文件字節數大小
    
     st_mode：文件訪問許可位和文件類型。（普通文件：二進制文件和文本文件。目錄文件：其他文件信息。套接字：通過網絡與其他進程通信的文件。）

10.6共享文件

• 用三個相關的數據結構表示打開的文件：

  • 描述符表：每個打開的描述符表項指向文件表中的一個表項。

  • 文件表：打開的文件的集合是由一張文件表表示的，所有的進程共享這張表。包括文件位置、引用計數（當前指向該表項的描述符表項數），指向v-node表的指針。

  • v-node表：包含stat結構中大多數信息。

    打開文件的內核數據結構：
    

    文件共享。共享了同一個磁盤文件：
    

  子父進程共享文件。子進程有一個父進程描述表符副本，所以他們共享打開文件的集合。註意，在內核刪除相應文件表表項之前，子父進程必須都關閉他們的描述符。
  

10.7 I/O重定向

• I/O重定向操作符： >

    ls > foo.txt

這句代碼的含義就是使外殼加載和執行ls程序，並且將標準輸出重定向到磁盤文件foo.txt。

• I/O重定向函數： dup2

  函數定義為：

    #include <unistd.h>
  
    int dup2(int oldfd, int newfd);

返回值：成功返回描述符，錯誤返回-1

- 這個函數執行的操作是，拷貝描述符表表項oldfd，覆蓋描述表表項newfd，如果後者被打開，則在拷貝前關閉它。

10.8 標準I/O

標準I/O庫：一組高級輸入輸出函數。將一個打開的文件模型化為一個流，一個流即一個指向FILE類型的結構的指針。

每個ANSI C程序開始時都有三個打開的流：stdin(標準輸入)，stdout（標準輸出），stderr（標準錯誤）。

類型為FILE的流是對文件描述符和流緩沖區的抽象。為了減小系統開銷。

10.9 綜合：該使用哪些I/O函數

在網絡套接字的時候使用RIO函數。需要格式化輸出，使用sprintf函數格式化一個字符串，然後用rio_writen把它發送到套接口。

格式化輸入，使用rio_readlineb讀一個完整的文本行，再使用scanf從文本行提取不同字段。

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