UNIX环境高级编程 - 文件I/O - 原子操作、复制、修改文件描述符

原子操作

1. 追加到一个文件

• 追加一个文件时，不能通过lseek到末尾然后write。要用O_APPEND选项打开文件，然后直接write。
  • 通过lseek到末尾然后write时，如果多个进程同时执行这两个操作，则会引起竞争条件
  • 通过 O_APPEND选项打开文件，然后直接write时，内核每一次在写操作之前，都会将进程的当前偏移量设置到文件的末尾，于是就不需要执行lseek定位操作
• pread/pwrite可以执行原子性的定位读/定位写
• O_CREAT|O_EXCL选项打开文件时，可以原子性的检查文件是否存在和创建文件这两个操作。

2. 函数 pread 和 pwrite

#include <unistd.h>
ssize_t pread(int fd,void*buf,size_t nbytes,off_t offset);
ssize_t pwrite(int fd,const void*buf,size_t nbytes,off_t offset);

• 参数：
  • fd：打开的文件描述符
  • buf：读出数据存放的缓冲区/ 写到文件的数据的缓冲区
  • nbytes：预期读出/写入文件的字节数
  • offset：从文件指定偏移量开始执行read/write
• 返回：
  • 成功：读到的字节数/已写的字节数
  • 失败： -1

调用pread相当于先调用lseek再调用read.但是调用pread时，无法中断其定位和读操作，并且不更新当前文件偏移量；调用pwrite相当于先调用lseek再调用write.但是调用pwrite时，无法中断其定位和写操作，并且不更新当前文件偏移量

其他操作

dup

使用dup/dup2复制一个现有的文件描述符：

#include <unistd.h>

int dup(int fd);
int dup2(int fd,int fd2);

• 参数：
  • fd：被复制的文件描述符（已被打开）
  • fd2：指定的新的文件描述符（待生成）
• 返回值：
  • 成功： 返回新的文件描述符
  • 失败： 返回 -1

对于dup函数，返回的新的文件描述符一定是当前可用的文件描述符中最小的数字。

对于dup2函数：

• 如果 fd2已经是被打开的文件描述符且不等于fd，则先将其关闭，然后再打开（原子操作）
• 如果 fd2等于fd，则直接返回fd2（也等于fd），而不作任何操作

任何情况下，这个返回的新的文明描述符与参数fd共享同一个文件表项（因此文件状态标志以及文件偏移量都会共享）。任何情况下，这个返回的新的文明描述符的close-on-exec标志总是被清除。

dup后的内核数据结构如下：

sync

UNIX操作系统在内核中设有缓冲区，大多数磁盘 I/O 都通过缓冲区进行。当用户程序想文件写入数据时，内核通常都首先将数据复制到缓冲区中，然后排入队列，晚些时候再写入磁盘。这种方式称为延迟写。

• 当内核需要重用缓冲区来存方其他数据时，它会把所有延迟写的数据库写入磁盘
• 也可以调用下列函数来显式的将延迟写的数据库写入磁盘

#include <unistd.h>

int fsync(int fd);
int fdatasync(int fd);
void sync(void);

• 参数：

  • fd：指定的打开的文件描述符

• 返回值：

  • 成功：返回 0
  • 失败： 返回 -1

区别：

• sync：将所有修改过的块缓冲区排入写队列，然后返回，它并不等待时机写磁盘结束
• fsync：只对由fd指定的单个文件起作用，等待写磁盘操作结束才返回
• fdatasync：只对由fd指定的单个文件起作用，等待写磁盘操作结束才返回，但是它只影响文件的数据部分（fsync会同步更新文件的属性）

update 守护进程会周期性的调用sync函数。命令sync也会调用sync函数