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《深入懂得计算机系统》-系统级I/O

2013-10-15 
《深入理解计算机系统》--系统级I/O关于I/O可以先参考这些文章,但是这里可能还是有所不同。分析系统级别的I/O

《深入理解计算机系统》--系统级I/O

关于I/O可以先参考这些文章,但是这里可能还是有所不同。分析系统级别的I/O有什么不一样的地方。

文件I/O

高级I/O

标准库I/O

    开篇介绍了三个级别的I/O的区别之处。所有语言的运行时系统都提供执行I/O的较高级别的工具。例如,标准I/O库;在UNIX系统中,是通过使用由内核提供的系统级I/O函数来实现这些较高级别的I/O函数的。介绍UNIX I/O和标准I/O的一般概念,展示在C程序中如何可靠地使用它们。

一、UNIX I/O

    在UNIX系统中有一个说法,一切皆文件。所有的I/O设备,如网络、磁盘都被模型化为文件,而所有的输入和输出都被当做对相应文件的读和写来执行。这种将设备映射为文件的方式,允许UNIX内核引出一个简单、低级的应用接口,称为UNIX I/O,这使得所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式来执行。

打开文件 打开文件操作完成以后才能对文件进行一些列的操作,打开完成过以后会返回一个文件描述符,它在后续对此文件的所有操作中标识这个文件,内核记录有关这个打开文件的所有信息。
改变当前的文件位置。读写文件关闭文件 应用完成了对文件的访问之后,就通知内核关闭这个文件,内核释放文件打开时创建的数据结构,并将这个描述符恢复到可用的描述符池中。进程终止,内核也会关闭所有打开的文件并释放他们的存储器资源。
二、打开和关闭文件

    关于打开文件的基本操作,这里就不再累述,就是关于几个函数的解释,在上面的三篇文章中有解释。

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

    其中打开标志flags有三种基本标志:O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR。也可以和其他三种(O_CREAT、O_TRUNC、O_APPEND)组合使用。mode参数指定了新文件的访问权限位。(这次终于看到完全的mode参数的使用方法了)

《深入懂得计算机系统》-系统级I/O

三、读和写文件

在系统I/O中读写文件用的系统函数为read()和write()函数来执行。


   描述符1和4通过不同的打开文件表表项来引用两个不同的文件。这是典型的情况,没有共享文件,并且每个描述符对应一个不同的文件。

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    多个描述符也可以通过不同的文件表表项来应用同一个文件。如果同一个文件被open两次,就会发生上面的情况。关键思想是每个描述符都有它自己的文件位置,所以对不同描述符的读操作可以从文件的不同位置获取数据。

《深入懂得计算机系统》-系统级I/O

    父子进程也是可以共享文件的,在调用fork()之前,父进程如第一张图,然后调用fork()之后,子进程有一个父进程描述符表的副本。父子进程共享相同的打开文件表集合,因此共享相同的文件位置。一个很重要的结果就是,在内核删除相应文件表表项之前,父子进程必须都关闭了他们的描述符。   

七、标准I/O

    标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流。对于一个程序而言,一个流就是一个指向FILE类型的结构的指针。类型为FILE的流是对文件描述符和流缓冲区的抽象。流缓冲区的目的和RIO读缓冲区的一样:就是使开销较高的UNIX I/O系统调用的数量尽可能的小。例如,当第一次调用getc时,库通过调用一次read函数来填充流缓冲区,然后将缓冲区总的第一个字节返回给应用程序。只要缓冲区还有未读的字节,接下来对getc的调用就能直接从流缓冲区得到服务。

八、I/O使用的抉择方法

《深入懂得计算机系统》-系统级I/O

    上图中展现了几种I/O的关系模式,在应用程序中应该使用哪些函数呢?标准I/O函数是磁盘和终端设备I/O的首选。但是对网络套接字上尽量使用健壮的RIO或者系统I/O

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