Linux文件I/O详解：open、read、write与文件描述符

"这篇整理笔记主要探讨了Linux系统的文件I/O操作，涵盖了文件描述符、open函数、read和write函数、缓存策略以及多进程间的文件共享等核心概念。笔记内容详细且易于理解，旨在帮助读者深入理解Linux的文件系统交互机制。" 在Linux系统中，文件I/O操作是程序与外部数据交换的关键途径。本笔记首先介绍了文件I/O的基本函数，包括open、read、write、lseek和close，它们构成了进行不带缓存I/O的基础。不带缓存的I/O意味着每次读写操作都会直接触发系统调用，与内核交互。这些函数虽然不是C语言标准的一部分，但属于POSIX.1和XPG3标准，因此在Unix-like系统中广泛使用。 文件描述符是内核识别已打开文件的主要方式，是一个非负整数值。每个进程都有自己的文件描述符表，用于管理其打开的文件。通常，0、1、2分别对应标准输入、标准输出和标准错误输出。在POSIX.1应用中，这些值常被替换为预定义的常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO。文件描述符的上限通常是系统定义的OPEN_MAX，早期系统可能限制为19，但现代系统可能会更高。 open函数是打开文件的关键，它接受文件路径和一些标志参数，如O_RDONLY、O_WRONLY或O_RDWR来指定读写权限，以及O_CREAT等其他选项来创建新文件或指定权限。open成功会返回一个唯一的文件描述符，失败则返回-1。 在文件I/O中，read和write函数用于从文件读取数据和向文件写入数据，而lseek函数用于改变文件指针的位置，实现随机访问。缓存策略对read和write的性能有很大影响，通常系统会自动管理缓冲，以提高I/O效率。 笔记还提到了多进程间的文件共享和原子操作的重要性。通过特定的文件权限和open函数的标志，可以实现多个进程共享同一文件。原子操作确保了在多进程环境下，对文件的访问不会发生冲突，例如，open函数的某些操作就是原子的。 此外，笔记还讨论了dup、fcntl和ioctl函数。dup用于复制一个文件描述符，fcntl则提供了更复杂的文件描述符控制，包括设置文件锁；ioctl则用于执行特定设备的控制操作。 这篇笔记全面地梳理了Linux文件I/O的核心概念和技术，是理解和掌握Linux系统编程的重要参考资料。