文件IO内核表示

1、内核中的三种数据结构

1.1文件描述符表

文件描述符标志
文件表项指针

1.2 文件表项

文件状态标志
读、写、追加、同步和非阻塞等状态标志
当前文件偏移量
i节点表项指针
引用计数器

1.3 节点

文件类型和对该文件的操作函数指针
当前文件长度
文件所有者
文件所在的设备、文件访问权限
指向文件数据在磁盘块上的所在位置的指针等。

2、dup和dup2函数

#include<unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd,int newfd);
返回：成功返回新文件描述符，出错返回-1
功能：文件描述符的复制

• 参数
  • oldfd:原先的文件描述符
  • newfd:新的文件描述符
• 由dup返回的新文件描述符一定是当前可用文件描述符中的最小数值。
• 用dup2则可以用newfd参数指定新描述符的数值。如果newfd已经打开，则先将其关闭。如若oldfd等于newfd,则dup2返回newfd,而不关闭它。
• 在进程间通信时可用来改变进程的标准输入和标准输出设备。
• 示例：

int main(int argc,char* argv[])
{
	int i=1;
	for(;i<argc;i++)
	{
		if(!strcmp(argc[i],"+"))
		{
			if(fd=open(argv[++i],O_RDOULY)<0)
			{
				sys_err("open");
			}
			else
			{
				if(dup2(fd,STDIN_FILENO)!=STDIN_FILENO)
				{
					sys_err("dup2");
				}
				close(fd);
			}
		}
		else if(!strcmp(argv[i],"-"))
		{
			int fd=open(argv[++i],O_WRONLY|O_TRUNC,077);
			if(fd<0)
			{
				sys_err("open");
			}
			else
			{
				if(dup2(fd,STDIN_FILENO)！=STDIN_FILENO)
				{
					sys_err("dup2");
				}
				close(fd);
			}
		}
		else
		{
			fprintf(stderr,"usere:%s[+]file2[-]file2\n",argv[0]);
			exit(1);
		}
		copy(STDIN_FILENO,STDIN_FILENO);
		return 0;
	}
}

3、fcntl函数

#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
int fcntl(int fd,int cmd);
int fcntl(int fd,int cmd,long arg);
int fcntl(int fd,int cmd,struct flock * lock);
返回：成功则依赖于cmd，出错返回-1
功能：可以改变已经打开文件的性质

3.1常见的功能

• 复制一个现存的描述符，新文件描述符作为函数值返（cmd=F_DUPFD）

• 获得/设置文件描述符标志（cmd=F_GETFD或F_SETFD）

• 获得/设置文件状态标志（cmd=F_GETFL 或F_SETFL）

• 获得/设置文件锁（cmd=F_SETLK、F_SETFD、F_SETLKW）

  • 第三个参数为struct flock结构体

3.2 cmd的常见取值

F_DUPFD： 复制文件描述符，新的文件新的文件描述符作为函数返回值返回。
F_GETFD/F_SETFD : 获取/设置文件描述符，通过第三个参数设置
F_GETFL/F_SETFL :
①获取/设置文件状态标志，通过第三个参数设置
②可以更改的几个标志是：O_APPEND，O_NONBLOCK，SYNC，O_ASYNC (O_RDONYL、O_WRONLY和O_RDWR不适用)
示例：

// 1 增加文件状态
//获取原来的文件状态标志
int val=fcntl(fd,F_GETFL);
//增加新的文件状态标志
val|=flag;
//重新设置文件状态标志
fcntl(fd,f_SETFL,val);

// 2 修改文件状态
//获取原来的文件状态标志
int val=fcntl(fd,f_GETFL);
//清除指定的文件状态标志
val&=~flag;
//重新设置文件状态标志
fcntl(fd,f_SETFL,val);

4、I/O处理的五种模型

1）、阻塞I/O模型
若所调用的I/O函数没有完成相关的功能就会使进程挂起，直到相关数据到达才会返回。如：终端、网络设备的访问。
2）、非阻塞模型
当请求的I/O操作不能完成时，则不让进程休眠，而且返回一个错误。如：open read write请问。
3）、I/O多路转接模型
如果请求的I/O操作阻塞，且他不是真正阻塞I/O，而且让其中的一个函数等待，在这期间，I/O还能进行其他操作。如：select函数
4）、信号驱动I/O模型
在这种模型下，通过安装一个信号处理程序，系统可以自动捕获特定信号的到来，从而启动I/O。
5）、异步I/O模型
在这种模型下，当一个描述符已准备好，可以启动I/O时，进程会通知内核。由内核进行后续处理，这种用法现存较少。

非阻塞I/O

• 低速系统调用时，进程可能会阻塞
• 非阻塞I/O确定操作（read open write）不阻塞，如果操作不能完成，则出错返回。
• 设定非阻塞的方式
  • 使用open打开文件，设置o_NONBOCK标志。
  • 如果一个文件已经打开，则使用fcntl修改文件状态标志。

//设置非阻塞IO
set_fl(STDIN_FILENO,O_NONBLOCK);