“在多线程或多进程环境中一个看似简单的写入操作可能因缺乏原子性而引发数据错乱。”章节概览本章讲述深入IO操作的一些关键概念与系统调用。内容涵盖从基础的open()标志到高级的分散/聚集 I/O再到临时文件创建与大文件支持是构建健壮、高效 Unix/Linux 程序不可或缺的知识基石。核心知识点提炼原子操作与 open() 标志O_EXCL配合open()使用确保只有当文件不存在时才创建成功避免竞态条件。常用于锁文件或唯一标识文件。O_APPEND保证多个进程向同一文件追加数据时不会互相覆盖输出写入位置由内核自动维护无需手动 seek。在日志记录、配置更新等场景中优先使用 O_APPEND保障并发安全。文件控制与描述符复制fcntl()功能强大的文件控制接口可修改文件状态标志、获取/设置文件锁、管理异步通知等。dup() / dup2()用于复制文件描述符常用于重定向标准输入/输出如 shell 中的和。示例dup2(fd, STDOUT_FILENO)可将标准输出重定向至指定文件描述符。文件描述符、打开文件句柄与 i-node 的关系每个文件描述符指向一个打开文件句柄多个描述符可共享同一个打开文件句柄如 fork 后子进程继承父进程的描述符打开文件句柄包含当前偏移量、访问模式、状态标志所有打开文件句柄最终指向同一个i-node inode 其中存储元数据权限、大小、时间戳等。注意修改其中一个描述符的偏移量会影响所有共享该打开文件句柄的其他描述符4️ 高级 I/O 系统调用函数功能说明特点pread()在指定偏移处读取不改变文件偏移量pwrite()在指定偏移处写入不改变文件偏移量readv()分散读scatter-read一次调用读入多个缓冲区writev()聚集写gather-write一次调用写出多个缓冲区preadv()结合 pread readv指定偏移 多缓冲区pwritev()结合 pwrite writev指定偏移 多缓冲区应用场景网络协议解析、数据库页读写、高性能日志系统等需要批量或定位 I/O 的场景。文件大小调整truncate(path, length)按路径截断文件ftruncate(fd, length)按文件描述符截断文件若新长度 原长度则用\0填充空洞若 原长度则丢弃多余字节。️ 警告 truncate 不会移动文件指针也不会触发 SIGXFSZ 信号除非超出资源限制。非阻塞 I/O 与大文件支持非阻塞 I/O本章仅作简介后续章节将深入讨论如 select/poll/epoll。LFS (Large File Support)通过定义_FILE_OFFSET_BITS64使 32 位程序也能操作超过 2GB 的大文件。/dev/fd/虚拟目录允许通过文件描述符编号访问已打开的文件如/dev/fd/0 stdin。mkstemp() / tmpfile()安全创建临时文件避免命名冲突和安全风险。推荐始终使用mkstemp()而非tmpnam()前者返回文件描述符且立即 unlink更安全。