在前面的文章我們介紹過不帶緩衝區的IO，這節我們主要介紹不帶緩衝區的IO相關內容。原子操作對於文件共享是十分重要的，因此我們將介紹一些原子操作相關概念。
1：文件描述符
對於內核而言，所有打開的文件都通過文件描述符引用。當我們打開或者創建一個文件的時候，都會返回一個非負的整數，我們打開和創建文件都用這個非負的整數。
同時，通常在我們執行一個進程的時候，都會默認打開三個文件描述符，他們分別是標準輸入（0：STDIN_FILENO）、輸出（1：STDOUT_FILENO）、錯誤（2：STDERR_FILENO）相關聯的。他們的宏定義在unistd.h文件中。
文件描述符上限是OPEN_MAX。
2：open函數介紹
函數原型：int open(const char* pathname, int flag);
int open(const char* pathname, int flag, mode_t mode);
pathname：是打開文件的路徑名。
flag：是打開文件的一些選項。
mode：只有我們需要創建文件的時候，纔會將指定mode的模式。
O_RDONLY：只以讀的方式打開文件。
O_WRONLY：只一寫的方式打開文件。
O_EXCL：測試文件受否存在，如果不存在則創建文件。（注：如果同時指定O_CREAT並且文件已經存在則出錯）
O_APPEND：每次寫入都追加到文件末尾。
O_CREAT：如果文件不存在，則創建文件。使用這個選項的時候，需要第三個參數。
mode：權限位，也就是我們使用ls -l顯示的各種讀寫和執行權限的位。
S_IRWXU：用戶有讀寫執行權限。
S_IRUSR：用戶有讀權限。
S_IWUSR：用戶有寫權限。
S_IXUSR：用戶有執行權限。
S_IRWXG：同組用戶有讀寫執行權限。
S_IRGRP：同組用戶有讀權限。
S_IWGRP：同組用戶有寫權限。
S_IXGRP：同組用戶有執行權限。
S_IRWXO：其他用戶有讀寫執行權限。
S_IROTH：其他用戶有讀權限。
S_IWOTH：其他用戶有寫權限。
S_IXOTH：其他用戶有執行權限。
O_TRUNC：如果文件存在的話，並且我們只爲讀寫打開文件的話，那麼文件長度將會截斷爲0。也就是文件長度會變爲0，相當於我們將文件內容全部刪去再重新寫入。
O_NOBLOCK：指定文件爲非阻塞IO，正常情況下在我們寫入文件的時候，我們都等待寫入完成之後再返回。如果指定此flag，那麼將直接返回，而不管是否寫入完成。
O_SYNC：每一次寫操作完成之前都會更新文件的屬性。
O_RSYNC：等待任何對文件同一部分未決寫操作完成。（這個標誌和下面一個標誌不是很理解，如果理解的話，請在評論區討論。最好是能有一個實際的例子）。
O_DSYNC：每次寫等待物理操作完成。僅當文件屬性根棍以反映文件數據變化時，此標誌纔會影響文件屬性。
open函數返回的文件描述符一定是當前可用的最小文件描述符。
文件名和路徑名的截斷：
這個概念我簡單介紹一下，就是我們輸入打開文件的路徑名的時候，由於我們輸入的太長了，我們無法識別那麼長的路徑名，就會保留其中的一部分。這樣就無法識別出具體
的打開的文件了（我們保存這部分路徑名可能與其他文件的路徑名重名）。
我們這裏可以使用pathconf獲取一些路徑名長度，我發現我的機器長度限制是4096。
creat：創建文件
函數原型：create（const char *pahtname, mode_t mode)；
此函數和open函數是有雷同的部分，不做了解。
close：關閉打開的文件描述符（就是我們打開一個文件一定會用到一些資源去管理這個打開的文件，那麼這裏關閉就是釋放這些被棧用的資源）
函數原型：int close(int filedes);
lseek函數：更改當前文件的偏移量，也就是我們從文件哪裏開始讀寫文件。
當我們打開一個文件或者創建一個新的文件，文件偏移量默認爲0。也就是說從文件開始位置讀寫文件。同時我們也可以用lseek函數將當前文件偏移量定位到文件指定的置爲。
函數原型：lseek(int filedes, off_t offset, int whence);
lseek_64(int filedes, off64_t offset, int whence);
filedes：是文件描述符。
offset：是偏移的大小。（可以爲正<增加文件偏移>，也可以爲負<減少文件偏移>）
關於off_t是否夠用的問題，我在這裏簡單講解一下。 但是我們看函數原型的時候，有32位和64位兩種文件偏移量。如果是32位那麼文件偏移量最大時2的32次方減一，64位也是如此。
32位的文件偏移量最大時2TB（2^31-1字節），64位文件最大偏移量2^33TB，應該足夠使用了。如果是不同的平臺會用不同的大小，這裏只列舉了32位和64位。具體實現還是靠硬件，
這裏就不逐一列舉了。
whence：是指定位置開始進行便宜。
SEEK_SET：即從文件開頭爲只進行便宜。
SEEK_CUR：從當前文件位置進行便宜。
SEEK_END：從文件末尾位置開始便宜。
同時lseek也可以測試文件是否設置偏移量，如果文件描述符引用的是一個管道、套接字，則lseek返回-1.
read函數：從文件中讀取指定字節數目的數據。
函數原型：ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes);
filedes：文件描述符。
buf：讀取到字節存放的緩衝區。
nbytes：讀取多少個字節。
返回值：實際讀取到的字節數。
實際讀取到字節數可能小於我們要求讀取的字節數。（eg，當前文件位置到文件末尾還有三十個可讀的字節，但是我們要求讀取200個字節，這就返回30個字節。但是在下次讀取的時候，
返回30個字節。還有從網絡中讀取數據，有些時候可能由於網絡延遲讀取小於我們讀取到的字節數）。
write函數：向文件中寫入指定字節數的數據。
函數原型：ssize_t write(int filedes, const void* buf, size_t nbytes)；
同上，buf是寫入字節存儲位置。nbytes是寫入的字節數。返回值是實際寫入的字節數。
同時，如果我們指定了O_APPEND，每次我們寫入之前都將文件偏移量設置爲文件末尾的位置。
文件共享：
在介紹文件共享之前，我們先介紹一下內核是使用什麼結構表示打開的文件的。
內核使用三種數據結構表示打開的文件。
（1）每個進程都有一個記錄項，記錄項抱哈一張打開的文件描述符表，每個文件描述符佔用一項。我們在進程中使用一個整型記錄這個文件項的位置。
每個文件描述符相關聯的有兩部分：文件標誌，指向文件表的指針。
（2）對於打開的文件內核維持一張文件表。
文件表中有文件狀態標誌、當前文件的偏移量和v節點指針。
（3）每個打開的文件都有一個v節點。
v點包含了文件類型和對該文件各種操作的函數指針。同時還有i節點信息，當前文件的長度。
關於這些內容瞭解即可。如下圖所示，可以很好的理解這三者之間的關係。
同時，當我們兩個進程同時打開一個文件的時候，其結構是下圖這樣的。
根據上述內容可以理解，如果是多個進程同時向一個文件中寫入數據的時候，可能產生預期不到的結果。如果想要避免這種問題，就得理解原子操作相關的概念。
原子操作：
概念：不受其他影響的獨立完成一個操作的全過程。如下程序，我們向一個文件尾部添加內容。
lseek(fd, SEEK_END, 0);
write(fd, buf, size);
如果是一個程序，那麼我們這樣寫沒什麼問題。但是如果是兩個獨立的進程，那麼這樣寫可能就麻煩了（如兩個進程分別是進程A和進程B，
如果進程A需要寫100字節，進程B需要寫入1000字節。那麼可能在進程A寫入50字節的時候進程B開始寫入，並且進程B寫入1000字節。那麼這是進程A寫入就會覆蓋
進程B寫入開頭的50字節，這樣記錄的信息可能就出現了損壞）。如下圖所示，兩個文件向一個文件寫入內容。
dup和dup2函數：複製文件描述符。
函數原型： int dup(int filedes);
int dup2(int filedes, int filedes2);
前一個函數返回一個新的文件描述符，這個新的文件描述符指向的文件表項和filedes文件描述符指向的文件表項是同一個（返回的文件描述符一定是當前進程表項中最小的文件描述符）。
第二個函數使用指定的文件描述符去複製filedes文件描述符，如果filedes2已經使用，則先關閉filedes2，然後在複製filedes。
參考下述圖片，去理解複製一個文件描述符的意義。
前面曾經提到過IO緩衝區，當我們使用緩衝區進行向磁盤寫入數據的時候，有些事後我們可能無法及時將數據寫入到磁盤中。當我們的機器意外出現事故的時候，我們可能丟失數據。
還有就是一些數據庫需要及時的保存，因此、我們需要讓寫這個操作及時進行，下面有三個函數會將數據及時寫入到磁盤中。
函數原型：int fsync(int filedes);將指定文件描述符數據寫入到磁盤中，這裏是等待寫操作結束返回。
int sync();將所有修改過的緩衝區排入寫操作隊列。
int fdatasync(int filedes);將數據寫入到磁盤的同時還將文件屬性更新。
前面曾經文件的一些性質，這裏呢有個函數可以通過文件描述符改變打開文件的一些性質。
函數原型：int fcntl(int filedes, int cmd, ...);
（1）：複製現有的描述符。
（2）：獲得/設置文件描述符標誌。
（3）：獲得/設置文件狀態標誌。
（4）：獲得/設置異步I/O所有權（異步IO是通過信號的方式實現的，在講解套接字部分會有所講解）。
（5）：獲得/設置記錄所
參看man手冊，我們會發現如下許多cmd。
F_DUPFD：複製一個新的文件描述符。
F_GETFD/F_SETFD：獲得和設置文件描述符標記。當前的標記只有一種，就是FD_CLOEXEC（在執行exec函數的時候關閉該文件描述符）。
F_GETFL/F_SETFL：獲得和設置文件狀態標記。文件狀態標記在前面除了O_DSYNC和O_SYNC都可以改變。（eg：讀，寫，追加等等）我這裏參考的是我這個版本的man手冊，
如果想要了解請參考你的版本man手冊。
F_GETOWN/F_SETOWN：獲得和設置異步IO所有權。在學習套接字部分將會了解到這裏。
關於記錄鎖，使用如下圖的結構。
F_SETLK/F_SETLKW/F_GETLK：請求或者釋放一個鎖/設置一個文件鎖/返回一個鎖（如果沒有鎖，那麼在l_type字段設置爲F_UNLCK）。
在學習多進程的時候，我會寫一個實驗關於文件鎖的，就是多個進程讀寫文件，使用文件的記錄鎖實現文件共享。
