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0 前言

1 标识 O_CREAT O_APPEND

2 ftruncate与truncate

3 O_DIRECT与O_DSYNC、O_SYNC

4 open与fopen

5 关于mmap

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0 前言

文件操作在软件开发中是很常见的一件事。虽然与它相关的工作看起来不怎么起眼，无非就是通过通过open、read、write、close几个调用搞定的事情，但也正是这种看似简单的工作，在稍加变化需求的场景中，会给你带来意想不到的麻烦。这里就记录本人最近关注到的几个点，做为小例子，分享给大家。

多说一句，往往简单的事情会给人带来大麻烦，就是因为人的大脑会对简单或者认为简单的事情过于麻痹大意，先入为主，不加重视，导致往往只看到冰山一角。该怎么做，不用多说了，直接看实例。（本文都是基于Ubuntu系统）

1 标识 O_CREAT O_APPEND

对于linux下的open调用，你敢说man里面的这些flags你都清楚了?

如果路径下未有文件，就需要O_CREAT标识，否则open就会失败。如果想让文件处于追加写的状态，则需要O_APPEND标识。这还是简单的标识，还有许多复杂标识等着我们深入了解。

man手册对于系统调用都有详尽的说明，很多人其实是比较抗拒看man手册的，往往通过百度了解一下接口的使用，就开始调用了。这主要是man手册为英文写成，很多时候搞清楚一个接口需要花比较多的时间，另外个别语句还可能比较绕口，有时候琢半天也不明白意思，这个时候不如直接百度来的称手。但是这些都是初期的阵痛与障碍，时间长了，就会习惯，而且效率也会变高不少。

等等，有人可能会说，man open的时候，看不到关于open接口的说明。这个时候，需要安装一下，apt install manpages-dev

关于man的使用，可以参考博主之前的一篇文章：https://blog.csdn.net/wwwyue1985/article/details/123929554

2 ftruncate与truncate

使用open调用创建文件后，文件大小为零。这个时候，如果通过mmap建立文件映射，那么写文件内存会失败（会报Bus error的错误）。同样，如果文件大小不够，写范围超过文件大小时，也会失败。也就是说，文件大小不会随着写内容的增加而增大。貌似window倒是支持这一点，神奇吧。此时，我们可以通过ftruncate来扩展文件大小。如果查看man手册，我们会发现另外一个接口truncate。二者有什么区别呢？

通过手册，可以看到，使用ftruncate时，文件必须打开，且支持写入；使用truncate接口，文件必须是可写的。

3 O_DIRECT与O_DSYNC、O_SYNC

操作系统为了提高文件读写性能，特别是像磁盘这种不支持随机读写的设备（需要旋转盘面和移动磁头），往往会在内存中开辟一片缓冲区。写入文件的内容不会立即写入硬件设备，而是先写到文件的缓冲区，当攒够一定量或者满足某些特征（也可能是内核自己排序，使得对硬件设备的访问尽可能有序）之后，才会触发写设备，以此来提高落盘性能。但有时候，我们又想让写入文件的内容立即同步到磁盘等硬件设备（比如一些关键的日志或者元数据），以免意外事件（比如断电）导致关键信息丢失或文件不可用。此时，O_DIRECT标识就需要登场了。使用O_DIRECT标识意味着写文件的数据会同步传输到硬件设备：

但如果我们看man手册，会发现有相似功能的其他标识，比如O_DSYNC、O_SYNC：

这几个标识有什么区别呢？根据man手册说明，上面两个sync标识跟direct标识的差异主要在是不是同步文件元数据。什么是文件元数据？内核为了管理文件，需要一些辅助数据，比如文件的名称、大小、创建时间、磁盘位置等等，这些都不是文件内容本身的数据，而是为了管理文件所需的数据，这类数据就是元数据。当我们向文件写入内容的时候，文件的元数据可能就会发生变化，使用这里的带sync的两个标识，则操作系统不仅帮我们同步文件本身的内容，也同步文件相关的元数据。

那有人可能就又问了，同样是支持同步元数据，O_DSYNC和O_SYNC又有什么区别呢？根据man手册说明，O_DSYNC仅同步与输出数据相关的元数据，而O_SYNC同步文件相关的元数据。所以从集合的角度来看，应该是O_SYNC包含O_DSYNC，O_DSYNC包含O_DIRECT的关系。

4 open与fopen

我们平时操作文件时，会发现有两套类似的接口，open与fopen。它们的使用上有一些差别，很多人往往是通过网络复制一份代码，简单改改就使用，可能没有细究过open与fopen有什么区别。其实，fopen是C库提供的接口，而open是系统调用。从可移植性的角度来看，fopen的通用性更强（一些不支持操作系统的嵌入式系统中也支持，比如xilinx就自己提供了一套文件库，可以在裸机程序中使用上述fopen类接口）。但是在Linux下，fopen最终也是通过open这个系统调用实现的。Open类接口不仅支持普通文件，还支持被系统抽象为文件的所有东西，比如各种各样的设备。这样描述，大家是不是就清楚了。

5 关于mmap

额外补充一点，关于文件mmap映射的。用户空间看到的是（接口返回值）进程虚拟地址空间的一个虚拟地址，内核帮我们建立了页表并完成了物理地址到虚拟地址的映射。当我们将数据写入这个虚拟地址时，就相当于写入文件在内存的缓冲区。同步后，数据就体现到硬件上最终的文件中。基于这一点，我们可以在用户空间，对文件访问进行专门的优化。