linux系統程式設計 第三章

2021-06-17 23:18:30 字數 2376 閱讀 8596

作為檔案系統的抽象,它是io中最基本的概念,所有的磁碟操作都是基於塊進行的。

作業系統效率隨著系統呼叫次數的增多而急劇下降。每次讀寫操作位元組數太少,會導致讀寫次數增多而降低效率;每次讀寫不是塊大小的整數倍,也會因為對齊資料而降低效率。

系統呼叫stat可以輕鬆指定裝置的塊大小。

現實中程式很少以塊為單位進行操作,程式往往是以區域、行和單個字元為單位進行操作。為了改善這種情況,程式使用使用者緩衝io。當資料寫入時,它會被儲存在程式位址空間的緩衝區中。當緩衝區達到乙個給定的值,整個緩衝區會在一次操作中被寫出。同理,讀操作一次讀入緩衝區大小且塊對齊的資料。當應用程式執行不對齊的讀請求時,緩衝區一塊一塊的給出資料。最後,當緩衝區為空時,另乙個大的塊對齊的區域又被讀入。

乙個程式究竟應該使用標準io或是自創的使用者緩衝,還是直接使用系統呼叫,這些都需要設計者仔細權衡程式的需求和行為後決定。

在標準io中,乙個開啟的檔案叫做「流」(其實流就是乙個指向file的指標??)。

檔案通過fopen開啟以供讀寫操作。引數mode描述以怎樣的方式開啟指定檔案。它可以是以下的字串之一:r、r+、w、w+、a、a+。

函式fdopen將乙個已經開啟的檔案描述符轉成乙個流。

fclose函式關閉乙個給定的流。fcloseall函式關閉所有的和當前程序相關聯的流,包括標準輸入、標準輸出、標準錯誤。

c標準庫實現了多種從流中讀取資料的方法。其中最常用的是三種:單位元組的讀取、單行的讀取、和二進位制資料的讀取。

fgetc可以用來從流中讀取單個字元。這個函式從流中讀取下乙個字元並把該無符號字元強制轉換為int型返回。ungetc允許程式設計師**流,如果你不需要該字元時,可以把它放回。如果多個字元被放入流中,它們會以倒序的方式返回。

函式fgets從乙個給定的流中讀取乙個字串。這個函式從流中讀取size-1個字元到str中,當所有字元讀入時,空字元被存入字串末尾。當讀到eof或者換行符時讀入結束。如果讀到乙個換行符,「\n」被存入str。

呼叫fread用來讀二進位制資料。

所有的機器設計都有資料對棄的要求。c變數的儲存和訪問都要是位址對齊的。在處理結構體,手動執行記憶體管理,向磁碟儲存二進位制資料,進行網路通訊時,對齊都非常重要。

函式fputc用來寫入單個字元。函式fputs用來往給定的流中寫入乙個完整的字串。fwrite函式用來寫入二進位制資料。

函式fseek是標準io最常用的定位函式,操縱流指向檔案中由offset和whence指定的位置。函式fsetpos將流的位置設定到pos處。函式rewind將位置重置到流的初始位置,並且清空錯誤標記。ftell函式返回當前流的位置。標準輸入輸出還提供了fgetpos函式,成功時,fgetpos返回0,並且將當前流的位置設定為pos。

標準io庫提供了fflush函式,將使用者緩衝區寫入核心,並且保證所有的資料都通過write寫出。如果stream是空的,所有程序開啟的流會被清洗掉。

本章所提到的所有呼叫的緩衝區都是通過c函式庫來維護的,他們保留在使用者空間中,而不是核心空間。這樣可以提高效率,程式保留在使用者空間中,並且執行使用者的**,不執行系統呼叫。只有當磁碟或者其他介質必須被訪問時系統呼叫才會被執行。fflush只是把使用者緩衝的資料寫入到核心緩衝區。這並不保證資料能夠寫入物理介質。

函式ferror測試是否在流上設定了錯誤標誌,錯誤標誌由其它響應錯誤的標準io函式設定。函式feof測試檔案結尾標誌是否被設定。函式clearerr為流清空錯誤和檔案結尾標誌。

函式fileno用來獲得流的檔案描述符。

標準io實現了三種使用者緩衝,而且為開發者提供了乙個用來控制緩衝區大小和型別的介面:

不緩衝:沒有執行使用者緩衝,資料直接提交到核心。標準錯誤預設是不緩衝的。

行緩衝:緩衝以行為單位執行。

函式setvbuf設定流的緩衝型別模式。

執行緒的定義是共享同一位址空間的多個程序。如果不採取資料同步措施或將資料線程私有化,執行緒可以任何時間修改共享資料。支援執行緒的作業系統提供加鎖機制(保證相互排斥的程式結構)來保證執行緒不會互相干擾。

標準io的函式本質上是執行緒安全的。在內部實現中,設定了一把鎖,乙個鎖計數器,和為每個開啟的流建立的所有者執行緒。乙個執行緒要想執行任何io請求,必須首先獲得鎖而且成為所有者執行緒。

當然在實際應用中,許多應用程式需要比單獨的函式呼叫更強的原子性。

函式flockfile會等待流被解鎖,然後獲得鎖,增加鎖計數,成為流的所有者執行緒,然後返回。

函式funlockfile減少與流相關的鎖計數。

如果鎖計數器達到了0,當前的執行緒放棄流的所有權,另乙個執行緒現在能獲得鎖。

函式ftrylockfile是flockfile的非堵塞版本。如果流當前加了鎖,ftrylockfile不做任何處理,並立即返回乙個非零值。如果流當前沒有加鎖,它獲得鎖,增加鎖計數,成為流的所有者執行緒,並且返回0。

linux提供了一些不加鎖的標準io函式,這些函式類似通常的標準io函式,但是不執行任何鎖操作。這樣可以通過程式設計師的手動加鎖,來提高執行的效率。

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