UNIX系统编程：高级文件I/O详解

"UNIX环境高级编程的第三章主要聚焦于文件I/O操作，详细阐述了各种函数的使用和系统调用的过程。这一章包括了文件描述符的概念、open、creat、close、lseek、read、write等核心函数的介绍，以及关于I/O效率、文件共享和原子操作的重要讨论。此外，还提到了dup、dup2、fcntl和ioctl等高级I/O功能，以及/dev/fd设备文件的作用。" 在UNIX系统中，文件I/O是通过一系列的系统调用来实现的，这些调用构成了程序与操作系统交互的基础。第3章首先介绍了引入文件I/O的背景，强调了大多数UNIX文件操作只需要五个基本函数：open、read、write、lseek和close。这些函数被称为无缓冲I/O，因为它们直接与内核进行交互，每次read和write都会触发系统调用。 文件描述符是内核识别已打开文件的关键机制，它是一个非负整数。每个进程都有自己的文件描述符表，当打开或创建文件时，内核分配一个唯一的文件描述符给进程。标准输入（0）、标准输出（1）和标准错误输出（2）通常与特定的文件描述符关联，这些约定在POSIX.1标准中也得到了体现。 open函数用于打开一个已存在的文件或创建新的文件，返回一个文件描述符。creat函数与open类似，但默认创建一个新的文件或覆盖已存在文件。close函数用于关闭文件描述符，释放相应的内核资源。lseek函数则用于设置文件指针的位置，以便下一次读写操作。 read和write函数执行实际的数据传输。不同的数据块大小可能会影响I/O效率，因为这可能触发更多的系统调用或内存页交换。原子操作在多进程环境中尤为重要，确保在并发访问文件时不会出现数据冲突。比如，向文件添加内容或创建新文件都需要原子操作来保证数据的一致性。 dup和dup2函数允许复制一个文件描述符，这在需要多个进程共享同一文件描述符时非常有用。fcntl函数提供更高级的文件控制，如改变文件描述符的属性或设置锁。ioctl函数则用于执行特定于设备的I/O控制操作。 最后，/dev/fd是一种特殊的设备文件，它允许进程通过文件描述符直接访问文件，简化了某些情况下的文件操作。章节结束时的小结和习题帮助读者巩固理解和应用这些知识。 通过这一章的学习，读者将深入理解UNIX环境下文件I/O的底层机制，这对于编写高效、可靠的系统级程序至关重要。