UNIX系统中的大多数文件I/O只需用到5个函数：open, read, write, lseek以及close。下面要描述的函数经常被称为不带缓冲的I/O(unbuffered I/O)。术语不带缓冲指的是每个read和write都调用内核中的一个系统调用。
- 文件描述符
（1）对于内核而言，所有打开的文件都通过文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。
（2）按照惯例，UNIX系统shell把文件描述符0与进程的标准输入相关联，文件描述符1与标准输出相关联，文件描述符2与标准错误相关联。
（3）在符合POSIX.1的应用程序中，0、1、2虽然已经被标准化，但应当把它们替换成符号常量STDIN_FINLENO, STDOUT_FILENO, STDERR_FILENO以提高可读性。这些常量定义在<unistd.h>。
（4）文件描述符的变化范围是0~OPEN_MAX-1，早期的unix系统实现采用的上限值19，现在很多系统上限值增加至63。 - 函数open和openat
1234567//调用open或openat函数可以打开或创建一个文件#include <fcntl.h>int open(const char *path, int oflag,.../*mode_t mode*/);int openat(int fd, const char *path, int oflag,.../*mode_t mode*/);//函数返回值：若成功，返回文件描述符；失败返回-1
（1）我们将最后一个参数写为…， ISO用这种方法表明余下的参数的数量及其类型是可变的。（2）path参数是要打开或创建文件的名字。oflag参数可用来说明此函数的多个选项，用下列一个或多个常量进行“或”运算构成oflag参数（这些常量定义在<fcntl.h>中）：
1）O_RDONLY：只读打开
2）O_WRONLY：只写打开
3）O_RDWR：读、写打开
（大多数实现将_RDONLY定义为0，O_WRONLY定义为1，O_RDWR定义为2）
4）O_EXEC：只执行打开
5）O_SEARCH：只搜索打开(应用于目录)
6）O_APPEND：每次写时都追加到文件尾端
7）O_CREAT：若此文件不存在则创建它。使用此选项时，open函数需要同时说明第3个参数mode，用mode指定该新文件的访问权限。
8）O_EXCL：如果同时指定了O_CREAT，而文件已经存在，则出错。用此可以测试一个文件是否存在，如果不存在，则创建此文件，这使测试和创建两者成为一个原子操作。
9）O_NONBLOCK：如果path引用的是一个FIFO、一块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选项为文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式。
10）O_TRUNC：如果此文件存在，而且为只写或读-写成功打开，则将其长度截断为0.
11）…（3）由open和openat函数返回的文件描述符一定是最小的未用描述符数值。
（4）openat函数是POSIX.1最新版本中新增的一类函数，希望解决两个问题：第一，让线程可以使用相对路径名打开目录中的文件，而不再只能打开当前工作目录；第二，可以避免time-of-check-to-time-of-use(TOCTTOU)错误。 - 函数create也可调用create函数创建一个新文件：
1234#include <fcntl.h>int creat(const char *path, mode_t mode);//返回值：成功返回只写打开的文件描述符；失败返回-1
该函数等效于：
1open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);creat的一个不足之处是它以只写方式打开所创建的文件。
- 函数close
可调用close函数关闭一个打开文件：1234#inclue <fcntl.h>int close (int fd);//返回值：成功返回0，失败返回-1（1）关闭一个文件时，还会释放该进程加在该文件上的所有记录锁。
（2）当一个进程终止时，内核自动关闭它所有的打开文件。很多程序都利用了这一功能而不显示地用close关闭打开文件。 - 函数lseek
（1）每个打开文件都有一个与其相关联的“当前文件偏移量”(current file offset)。它通常是一个非负整数，用以度量从文件开始处计算的字节数。通常读写操作都从当前文件偏移量处开始，并使偏移量增加所读写的字节数。
（2）当打开一个文件时，除非指定O_APPEND选项，否则该偏移量被设置为0。
（3）可以调用lseek显示地为一个打开文件设置偏移量：1234#include <unist.h>off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);//返回值：成功返回新的文件偏移量；错误返回-1其中，参数offset的解释与参数whence的值有关：
1）若whence是SEEK_SET,则将该文件的偏移量设置为距文件开始处offset个字节。
2）若whence是SEEK_CUR,则将该文件的偏移量设置为其当前值加offset，offset可正可负。
3）若whence是SEEK_END,则将该文件的偏移量设置为文件长度加offset，offset可正可负。
（4）lseek成功执行后，可以用下列方式打开文件的当前偏移量：12off_t currpos;currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);（5）这种方法也可用来确定所涉及的文件是否可以设置偏移量。如果文件描述符指向的是一个管道、FIFO或网络套接字，则lseek返回-1，并将errno设置为ESPIPE。
（6）实例：测试标准输入能否被设置偏移量12345678910#include "apue.h"int main(){if (lseek(STDIN_FILENO, 0， SEEK_CUR) == -1)printf("can not seek\n");elseprintf("seek OK\n");exir(0);}（7）lseek仅将当前的文件偏移量记录在内核中，它并不引起任何I/O操作
（8）文件偏移量可以大于文件的当前长度，在这种情况下，对该文件的下一次写将加长该文件，并在文件中构成一个空洞，这一点是允许的。位于文件中但没有写过的字节都被读为0。
实例（创建一个具有空洞的文件）：123456789101112131415161718192021222324#include "apue.h"#Include <fcntl.h>char buf1[] = "abcdefghij";char buf2[] = "ABCDEFGHIJ";int main(void){inf fd;if ((fd = creat("file.hole", FILE_MODE)) < 0) //FILE_MODE是一个宏,表示权限0644err_sys("buf1 write error");if (write(fd, buf1, 10) != 10)err_sys("buf1 write error"); //offset now = 10if (lseek(fd, 16384, SEEK_SET) == -1)err_sys("lseek error"); //offset now = 16384if (write(fd, buf2, 10) != 10)err_sys("buf2 write error"); //offset now = 16394exit(0);}运行程序后可以使用od -c file.hole命令查看该文件实际内容。
- 函数read
（1）调用read函数从打开文件中读数据：1234#include <unistd.h>ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);//返回值：读到的字节数，若已到文件尾，返回0；失败返回-1（2）有多种情况可使实际读到的字节数少于要求读的字节数：
1）读普通文件时，在读到要求字节数之前已达到了文件尾端。
2）当从终端设备读时，通常一次最多读一行。
3）当从网络读时，网络中的缓冲机制可能造成返回值小于所要求读的字节数。
4）当从管道或FIFO读时，如若管道包含的字节少于所需的数量，那么read将只返回实际可用的字节数。
5）当从某些面向记录的设备(如磁带)读时，一次最多返回一个记录。
6）当一信号造成中断，而已经读了部分数据量时。 - 函数write
（1）调用write函数向打开文件写数据：1234#include <unistd.h>ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);//返回值：成功返回已写的字节数；失败返回-1（2）其返回值通常与参数nbytes的值相同，否则表示出错。write出错的一个常见原因是磁盘已写满，或者超过了一个给定进程的文件长度限制。
（3）对于普通文件，写操作从文件的当前偏移量处开始。如果指定了O_APPEND选项，则在每次写操作之前，将文件偏移量设置在文件的当前结尾处。 - 原子操作
一般而言，原子操作(atomic operation)指的是由多步组成的一个操作。如果该操作原子地执行，则要么执行完所有步骤，要么一步也不执行。- 追加到一个文件
… - 函数pread和pwrite
Single UNIX Specification包括了XSI扩展，该扩展允许原子地定位并执行I/O。pread和pwrite就是这种扩展。
1234567#inclue <unistd.h>ssize_t pread(int fd, void *buf, size_t nbytes, off_t offset);//返回值：读到的字节数，若已到文件尾，返回0；失败返回-1ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t nbytes, off_t offset);//返回值：成功返回已写的字节数；失败返回-1
- 调用pread相当于调用lseek后调用read，但是pread又与这种顺序调用有下列重要区别：
（1）调用pread时，无法中断其定位和读操作。
（2）不更新当前文件偏移量。 - 调用pwrite相当于调用lseek后调用write，但也与它们有类似区别。
- 追加到一个文件
- 函数dup和dup2
（1）可以用来复制一个现有的文件描述符：
123456#include <unistd.h>int dup(int fd);int dup2(int fd, int fd2);//两函数的返回值：成功返回新的文件描述符；失败返回-1
（2）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值。
（3）对于dup2，可以用fd2参数指定新描述符的值。如果fd2已经打开，则现将其关闭。如果fd等于fd2，则dup2返回fd2，而不关闭它。
（4）这些函数返回的新文件描述符与参数fd共享同一个文件表项。 - 函数sync、fsync和fdatasync
当我们向文件写入数据时，内核通常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(delayed write)。
12345678#include <unistd.h>int fsync(int fd);int fdatasync(int fd);//返回值：成功返回0，失败返回-1void sync(void);
（1）sync只是将所有修改过的块缓冲区排入写队列，然后就返回，它并不等待实际写磁盘操作结束。
（2）fsync函数只对由文件描述符fd指定的一个文件起作用，并且等待写磁盘操作结束才返回。
（3）fdatasync函数类似于sync，但它只影响文件的数据部分。而除数据之外，fsync还会同步更新文件的属性。 - 函数fcntl
1234#include <fcntl.h>int fcntl(int fd, int cmd, .../*int arg */);//返回值：成功，依赖于cmd；失败返回-1
（1）fcntl函数有一下5中功能：
1）复制一个已有的描述符（cmd=F_DUPFD或F_DUPFD_CLOEXEC）。
2）获取/设置文件描述符标志（cmd=F_GETFD或F_SETFD）。
3）获取/设置文件状态标志（cmd=F_GETFL或F_SETFL）。
4)获取/设置异步I/O所有权（cmd=F_GETOWN或F_SETOWN）。
5）获取/设置记录锁（cmd=F_GETLK、F_SETLK或F_SETLKW）。
（2）先说明这11中cmd中的前8种：
1）F_DUPFD：复制文件描述符fd；新文件描述符作为函数值返回；它是尚未打开的各描述符中大于或等于第3个参数值中各值的最小值；新描述符与fd共享同一文件表项，但新描述符有它自己的一套文件描述符标志。
2）F_DUPFD_CLOEXEC：复制文件描述符，设置与新描述符关联的FD_CLOEXEC文件描述符标志的值，返回新文件描述符。
3）F_GETFD：对应于fd的文件描述符标志作为函数值返回。
4）F_SETFD：对于fd设置文件描述符标志。新标志值按第3个参数设置。
5）F_GETFL：对应于fd的文件状态标志作为函数值返回。
6）F_SETFL：将文件状态标志设置为第3个参数的值。可改的标志：O_APPEND, O_NONBLOCK, O_SYNC, O_DSYNC, O_RSYNC, O_FSYNC, O_ASYNC。
7）F_GETOWN：获取当前接受SIGIO和SIFURG信号的进程ID或进程组ID。
8）F_SETOWN：设置接受SIGIO和SIGURG信号的进程ID或进程组ID。 - 函数ioctl
（1）ioctl函数一直是I/O操作的杂物箱，终端I/O是使用ioctl最多的地方。
12345#include <unistd.h> //SystemV#include <sys/ioctl.h> //BSD and Linuxint ioctl(int fd, int request, ...);
（2）对于ISO C原型，它用省略号表示其余参数。但是，通常只有另外一个参数，它常常是指向一个变量或结构的指针。
小结：
（1）本次讲解了UNIX系统提供的基本I/O函数。因为read和write都在内核执行，所以称这些函数为不带缓冲的I/O函数。
（2）还介绍了fcntl和ioctl函数，本书后续部分还会涉及这两个函数。