Linux中無緩衝檔案I/O API

1.什麼是無緩衝I/O
　我們首先要知道Linux作業系統提供給我們的使用者程式調用的介面，除了使用庫函數，還可以直接使用系統調用。而今天我要介紹的相關函數就是直接調用了核心的系統調用，所以說它是無緩衝的，它跟標準的I/O函數相對應。

2.開啟或者建立檔案的函數：open()
　要操作相關檔案，就必須獲得該檔案的控制代碼，專業點叫檔案描述符。它是進程在開啟一個檔案或者建立一個檔案時，核心返回給該進程的一個唯一的非負的整數，且一定是當前可以的描述符中最小的一個數。進程獲得這個檔案描述符後，就可以根據它來告訴read()或者write相關函數具體來操作哪個檔案了。

    Tips：通常系統對一個進程可開啟的檔案描述符數量有一個預設值，可以使用命令ulimit -f查看，也可以使用ulimit命令重新設定該值。

　通常，系統有3個已經預設的檔案描述符，即0代表標準輸入，1表示標準輸出，2表示標準錯誤，在unistd.h標頭檔中，把他們定義為常量，分別是STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO。

   open()函數為我們提供了該檔案描述符：

#include<fcntl.h>
int open( const char * pathname,int flags, mode_t mode);

pathname：即是我們要開啟或者建立檔案的名字，可以是相對路徑，也可以是絕對路徑。

flags：重點介紹一下，它的取值比較多，在<fcntl.h>標頭檔中定義了很多常量：

  O_RDONLY：即以唯讀方式開啟該檔案。
  O_WRONLY：即以唯寫的方式開啟該檔案。
  O_RDWR：即以讀、寫的方式開啟該檔案。
以上這三個常量，flags必選選擇其一，且只能選擇其一。還有幾個可選常量可以跟這三個之一組合使用，以達到不同的效果：
  O_CREAT：若欲開啟的檔案不存在則自動建立該檔案.
  O_TRUNC ：若檔案存在並且以可寫的方式開啟時，此旗標會令檔案長度清為0，而原來存於該檔案的資料也會消失。
  O_APPEND ：當讀寫檔案時會從檔案尾開始移動，也就是所寫入的資料會以附加的方式加入到檔案後面。
  O_EXCL 如果O_CREAT 也被設定，此指令會去檢查檔案是否存在。檔案若不存在則建立該檔案，否則將導致開啟檔案錯誤。

比如，我們可以使用open("./filename" ,O_WRONLY|O_CREAT,mode)，以寫方式開啟filename,如果filenam不存在則建立它。
再如，open("./filename" ,O_WRONLY|TRUNC)，就會將原來filename中的內容清除掉，從新寫入新的值。
還如，open("./filename" ,O_WRONLY|O_CREAT|O_EXCL)，可以測試filename是否存在，存在則報錯，不存在則建立filename.
當然flags還有幾個其他的常量取值，就不一一介紹了，可以自己去查手冊。

  mode：僅當建立一個新檔案需要指定該參數，該參數的意思是說檔案以一個什麼樣的許可權建立。

  open()調用成功後將返迴文件描述符，出錯則返回-1。

系統還提供一個專門用來建立檔案的函數create()：

#include<fcntl.h>
int creat(const char * pathname, mode_tmode);

其相當於open("pathname",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,mode)。該函數有個不好之處是，只能以寫的方式開啟檔案。有了open()，我們可以這樣定義：

open("pathname",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,mode)

3.讀函數read()，寫函數write()

#include<unistd.h>
ssize_t read(int fd,void * buf ,size_t count);

read()函數從fd中將指定大小count的位元組讀入buf中（注意，也可能讀少於count的位元組數，如到達了檔案尾部，或者是特殊的檔案）。成功返回讀到的位元組數，遇到結尾則返回0，失敗返回-1。

#include <unistd.h>
ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count);

write函數向fd中當前位移量後面寫入count大小位元組的buf內容。如果成功返回寫入的位元組數大小，如果失敗則返回-1.

4.設定檔案位移量的函數lseek()

　每個開啟的檔案都有一個“當前檔案位移量”，在read(),write()的時候就可以根據該位置開始讀寫。使用lseek()則改變該位置。

#include<unistd.h>
off_t lseek(int fildes,off_t offset ,int whence);

offset即指要相對whence便宜多少位元組。whence不同的值使offset的意思不一樣：

SEEK_CUR：將位移量設定為當前位移量加offset個位元組。
SEEK_SET：將位移量設定為檔案起始處位移offset個位元組。
SEEK_END：將位移量設定為檔案末尾加offset個位元組。

有個小技巧，如果要獲得該檔案當前檔案位移量，怎麼辦呢？可以這樣：currPos = lseek(fd,0,SEEK_CUR);

注意：當前檔案位移量不一定是非負的值，也可能是負值。所以判斷lseek是否失敗一定要測試其結果是否為-1，而不是小於0。

如果設定位移量大於檔案長度時，檔案中將形成“空洞”，這種“空洞”並不佔有磁碟的空間，它讀取出來表現是0。

5.一個copy程式

 

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define BUFFER 4096

int main(int argc,char *argv[])
{
int n;
char buf[BUFFER];
int fd1 = open(argv[1],O_RDONLY);
int fd2 = open(argv[2],O_WRONLY);
while( (n=read(fd1,buf,BUFFER))>0 )
  {
if( (write(fd2,buf,n))!=n )
    {
      printf("error\n");
      exit(1);
    }
  }
  close(fd1);
  close(fd2);
  exit(0);
}