无缓冲文件IO和目录操作

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无缓冲文件IO和目录操作

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引言

在后台开发中，对于文件I/O我们通常不使用C语言封装的fopen、fread、fwrite标准I/O，而是直接使用Linux提供的系统调用函数。因为这些系统调用没有使用用户缓冲区，我们直接与内核打交道，效率更高，且可以自己定制一些符合应用场景的操作。下面介绍Linux用于文件I/O的数据结构，以及一些具体的系统调用函数。

文件描述符

所有打开的文件都通过文件描述符引用，文件描述符只在当前进程有效，因为每个进程有一个PCB结构体，PCB包含一个文件描述符表。

文件描述符0对应标准输入、1对应标准输出、2对应标准错误，这些是在进程创建时默认绑定的文件描述符。

以上分别对应unistd.h中的STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO。

每个进程的最大文件描述符可通过ulimit -a命令查看，并可通过ulimit -n 数字设置。

无缓冲文件IO

我们这里所说的无缓冲IO指的是无用户缓冲区，如fopen、fwirte、fread等函数，进程会在用户进程空间维护缓冲区，然后内核还有缓冲区，最后才是磁盘。而无缓冲IO是指只有内核缓冲区而无用户缓冲区，并不是没有任何缓冲区。

内核用于文件I/O的数据结构

每个进程在进程表中都有一个记录项，记录项包含一张打开文件描述符表。

在打开文件描述符表中，每个描述符占用一项：

• 文件描述符标志：目前只有CLOEXEC。
• 指向文件表项的指针

内核为所有打开文件维持一张文件表，每个文件表项包括：

• 文件状态标志：包括文件类型和访问权限。
• 当前文件偏移量
• 指向该文件inode节点的指针

他们之间的关系如下：

不同的文件表项可以指向相同的文件（i节点即索引结点），这可以使不同的进程有它自己的对该文件的偏移量和打开访问权限。

不同的文件描述符可以指向相同的文件表项。如在fork后，父子进程的