系统级 I/O

    文件对于咱们来讲，貌似再普通不过了，windows 使用扩展名来区分不一样的文件，咱们接触了 gif、docx、pdf、mp三、mp四、exe 等等好多好多不一样的文件，可是它们在磁盘中都长一个样子，对于内核而言，没有什么区别。

基本概念

    文件这个概念就是对 I/O设备 的抽象，一个文件就是一串 m 个字节的序列，全部的 I/O 设备（网络、磁盘、终端）都被模型化为文件，全部的输入输出都被当作对相应文件的读和写来执行。

    稍微特殊一点的是文件目录吧，目录也是一个文件，它是包含一组连接的文件，其中每一个连接都将一个文件名映射到一个文件，这个文件也多是另外一个目录。

    每一个目录至少会有两个条目，.是到该目录自身的连接；..是到父目录的连接，你可使用mkdir命令建立一个目录，而后查看其内容观察观察，linux 用ls查看，windows 用dir。

    每一个进程都有一个当前工做目录，linux 是以/做为根目录的，因此绝对路径就是一个/开始，以下图所示，hello.c 的绝对路径名即为：/home/droh/hello.c；若是进程的当前工做目录为：/home/droh，那么 hello.c 的相对路径就为：./hello.c，而要是工做目录为：/home/bryant，那么相对路径名则为：../home/droh/hello.c。

    咱们可使用open函数来打开一个文件，它的做用是把文件名转换为一个文件描述符，这个描述符是一个小的非负整数，在后续对此文件的全部操做中标识这个文件。open函数返回的描述符老是在进程中当前没有打开的最小描述符。

    Linux shell 建立的每一个进程开始都有三个打开的文件：标准输入（描述符为 0）、标准输出（描述符为 1）、标准错误（描述符为 2）。

    open函数有三个入参，分别为filename, flags, mode，flags 指明了如何访问这个文件，即只读、只写、可读写；mode 指明了新文件的访问权限位，它经过与进程自带的umask进行运算来得到文件的访问权限，这个运算时：mode & ~umask。

    读文件是从描述符为 fd 的当前文件位置复制 n 个字节到内存位置 buf，写文件则是把内存中的字节复制到当前文件中，系统中提供了 read和write函数来提供相应的功能。

    read函数的返回值是表明实际传送的字节数，有趣的是当出错时，它须要返回 -1，所以使用的是一个有符号长整数，而就仅仅为了这个 -1，就使得read的最大值减少了一半。

    固然还有可能会遇到须要读取的字节比文件实际字节数要多的状况，这时就会触发一个称为 end-of-file(EOF) 的条件，应用程序死能够检测到这个条件的，此时read会返回 0。

    我总算知道在学校作 oj 题时，为何要把while(scanf("%s", str[i]))写成while(scanf("%s", str[i]) != EOF)了。

共享文件

    共享文件的方法不少，可是共享文件的概念比较晦涩难懂。

    系统内核使用三个相关的数据结构来表示打开的文件，分别为：描述符表、文件表、v-node 表。每一个进程都有一张描述符表，其表项是由进程打开的文件描述符来索引的；文件表表示全部的打开文件的集合，全部进程共享这个表，关闭一个描述符会减小相应的文件表表项中的引用计数，当引用计数为零时，内核就睡删除对应的表项（是否是和垃圾回收机制很像？）；v-node表 也是全部进程共享的，表中包含了用户组、大小等不少信息。

    如上图所示，是一个进程打开了两个不一样的文件的样子，这种状况下没有共享文件；而若是以同一个 filename 调用 open 函数两次，就会发生共享文件的状况，其关键思想是每一个描述符都有它本身的文件位置，以下图所示。

    有了上面的基础，那理解子进程如何继承父进程打开的文件就容易的多了，直观展现出来就是下面这个样子。

    最后来看一个简单的题：下面程序的输出是什么？

int main() {
    int fd1, fd2;
    fd1 = Open("foo.txt", O_RDONLY, 0);
    Close(fd1);
    fd2 = Open("baz.txt", O_RDONLY, 0);
    printf("fd2 = %d\n", fd2);
    exit(0);
}
复制代码

    Unix 进程生命周期开始，打开的前三个描述符已经被使用了，而 open 函数老是返回最低的未打开的描述符，因此第一次调用 open 函数会返回 3，调用 close 函数会释放描述符 3，因此最后对 open 函数的调用仍是会返回 3，即程序输出是：fd2 = 3。

    在学生时代，听到 I/O、文件等名词时，下意识就认定了对方是个厉害的角色，原本觉得本身也会能操做文件后就不会有这种感受了，而实际状况依旧如此，听到老程序员谈到 socket 等名词时，依旧充满了景仰之情。

    团队老员工告诉我，不少工具看源码，都是同样的原理，应该好好看下 socket 编程，读完这一章，我貌似有点明白同事的意思了。