【断更一段时间】CSAPP笔记07系统级IO

在开始本章之前，我的秋招刚刚开始，也刚刚结束，百度移动客户端二面凉了。其实我投了蛮多互联网企业的，但是经过百度的面试，我发觉在操作系统和计算机网络方面我还是太浅了，要掌握的还有很多，另外，我对这两门课程缺少实践，理解肤浅，这种实践可能对于应届生面试而言不是必须的，但是作为程序员，作为工程师，没有经历正式项目的洗礼，总是青涩稚嫩的。所以我打算直接不参加后面的秋招了，再次闭关，等神功大成了，再去春招。我知道春招的HC少。但是热爱coding的人，对技术都有着无与伦比的狂热，对自己有着盲目的自信。这种狂热和自信，是枯燥平凡生活里为数不多的亮色。

再回到CSAPP这本书，这本书是计算机组成原理和操作系统概述的串讲。这本书的优点在于，它使用了很多的图片，行文简练没有废话，结构合理，在适当的地方有合适的检测题目，对于初学者来说很容易跟着其入门。但是它只能算是一本入门书，对于操作系统里的进程管理、内存管理和文件系统都只是介绍了最基本的原理，对于现在主流的系统的这三种功能的细节和实现，并没有提到，这也不是这本书的功能。

我原先想的是，读完这本书，在这阅读这本书的时候自己扩展学习，来完成操作系统和计算机网络的学习。但是实际上这还是不够的。充分弄懂这本书，然后还需要专门对操作系统和计算机网络进行学习。最后我还需要做一些合适的项目，从项目中夯实基础，加深对理论的理解。我觉得实现一个webserver或者kernel的雏形大概是个不错的项目。毕竟我买了一本《操作系统真象还原》。

关于编程语言，c语言是一门很古老的语言了，当然它在今天，某些工程领域还在使用。但是在互联网企业，c语言很少被使用，因为他不够“快”，开发的速度太慢了。一方面，他缺少很多语法糖，缺少很多编程范式；另一方面，他对内存的操作又要十分谨慎。所以开发、维护一个大型的c语言的项目是不明智。

但是选择一门编程语言对现在的我来说是一件纠结的事，因为我没有进行实际的项目，没有动力去进行编程语言技能的更新，说白了，c语言对处在学习阶段的我来说，简洁够用！但是另一方面，我也知道要进入互联网企业，必须的选一门现代的，工程便捷的，主流的开发语言。可是C++看起来规范很乱，不够优雅，JAVA看起来不够极客，又臃肿，其余的语言又不够主流。我郁闷，选一门除c以外的编程语言来学习，简直是让我从一堆shit中，选一坨吃，不过如果非吃不可的话，那我大概会选C++了。我考虑在实现webserver的时候学习C++

0x00 概述

IO即input output，外部设备输入到主存，主存输出到外部设备。这里的外部设备包括：磁盘驱动器、网卡以及终端（显示设备）。

所有的语言，都提供较高几倍的IO操作，比如ANSI C提供标准IO库，包括printf，scanf，这样执行带缓冲的I/O函数。所谓带缓冲与不带缓冲，指的是函数内部没有中间缓冲区，因为所有I/O最终调用了系统调用read/write，这两个调用将数据从用户缓冲区（输入的指针）复制到内核缓冲区。也就是内核是对I/O有缓冲的，不能保证立即对物理设备读写。典型的就是无缓冲函数write写数据到文件，但是不调用fflush，打开文件发现没变。

大多数时候，我们使用C语言的标准的高级别的I/O即可。但是也有需要使用UNIX I/O的时候。

0x01 UNIX I/O

在linux中，所有I/O设备都是（网络、终端和磁盘）都被模型化为文件，而文件是字节数组。所有的输入输出都被当作文件的读和写来执行，因此所有的输入输出都能以一种一致的方式来执行：

1、打开文件，进程通过调用系统调用来要求内核打开相应的文件，来访问一个I/O设备。内核返回一个小的非负整数，叫做描述符（file descriptor），该描述符标记进程中打开的不同的文件（I/O）设备。内核中记录这个打开文件的所有信息，进程中只需记录这个描述符即可。

2、linux shell创建的每个进程开始时都有三个打开的文件：标准输入（fd为0），标准输出（fd为1）和标准错误（fd为2）。头文件< unistd.h >中定义了常量STDIN_FILENO STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO宏常量。

3、改变当前的文件位置、对于每个打开的文件，内核保存着一个文件位置（但是一个文件可以被打开多次，拥有不同的文件位置），初始为0。这个文件位置是从文件开头的偏移。（某些类型的文件）可以用过lseek系统调用显示的设置文件位置。

4、读写文件、一个读操作是从文件当前位置k开始复制N个字节到内存（一般是先复制到内核缓冲区，内核再复制给进程），让后将k增加到k+N。同样的写操作是从内存复制（显示进程的用户态复制到内核里）N个字节到文件当前位置k处，然后更新k。

5、关闭文件、当进程完成对文件的访问后，就通知内核关闭这个文件。内核创建打开文件时创建的数据结构，并将描述符恢复到可以的描述符池。并且，无论进程因何原因终止，内核都会关闭所有它打开的文件，并释放内存资源。

0x02 文件

每个linux文件对应下面的类型之一，表明其在系统内的角色：

普通文件：包含任意数据，用户进程可能需要区分二进制文件和普通文本文件，但是对于系统来说，都是普通文件

目录：是一组包含链接（link）的文件，每个链接都将一个文件名（file name）映射到一个文件。当然这个文件的类型也可能是另一个目录。每个目录都至少有两个条目，一个是 . 一个是..前者对应当前目录，后者对应上一级目录。

套接字（socket）：套接字是用来远程通信的文件。

其他的文件类型还包括：命名管道（named pipe）符号链接（symbolic link）以及设备（device）

linux将所有文件组织成目录层次结构

//写到这里突然弃更了，不为什么，写了好多，突然觉得没意思了，毕竟这本书的后面三章我都提前看完了，没有之前一章一章阅读的新鲜感了，现在没心情更新了，以后会不会更新？我可能会更新后面的远程shell的lab吧。

//后面的时间，准备转到《操作系统真象还原》这本书了，但是不会写博客了，准备动手开始写内核，经历这一次面试之后，真切的感受到，靠背记概念，永远不能真切的掌握操作系统和计算机网络这两门课程，绝知此事要躬行！