UNIX系統中的大多數檔案I/O只需要用到5個函式：open、read、write、lseek以及close。本章說明的函式經常稱為“不帶緩衝的I/0”，術語不帶緩衝指的是每個read和write都呼叫核心中的一個系統呼叫。這些不帶緩衝的I/O函式不是ISO C的組成部分，但是它們是POSIX.1和Single UNIX Specification的組成部分。

檔案描述符：

對核心而言，所有開啟的檔案都通過檔案描述符引用。檔案描述符是個非負整數。按照慣例，UNIX系統shell使用檔案描述符0與程序的標準輸入相關聯，檔案描述符1與標準輸出相關聯，檔案描述符2與標準出錯相關聯。這是各種shell以及許多應用程式使用的慣例，而與UNIX核心無關。

檔案描述符的變化範圍是0-OPEN_MAX。

open函式：

呼叫open函式可以開啟或建立一個檔案：

#include <fcntl.h>

int open(const char *pathname,  int flag,  .../* mode_t mode */);

返回值，若成功則返回檔案描述符，若出錯則返回-1

pathname：是要開啟或建立檔案的名字，flag引數可以說明此函式的多個選項，用下列一個或多個常量進行或運算，構成flag引數。

• O_RDONLY：只讀開啟；
• O_WRONLY：只寫開啟；
• O_RDWR：讀寫開啟；

• O_APPEND：每次寫時都追加到檔案的尾端；
• O_CREAT：若檔案不存在，則建立它。使用此選項時，需要第三個引數mode，用於指定新檔案的訪問許可權位。
• O_EXCL：若同時指定了O_CREAT，而檔案已經存在，則會出錯。用此可以測試一個檔案是否存在，如果不存在，則建立此檔案。這使得測試和建立成為一個原子操作；
• O_TRUNC：如果檔案存在，而且為只寫或讀寫成功開啟，則將其長度截短為0；
• O_NOCTTY：如果pathname指定的是終端裝置，則不將該裝置分配作為此程序的控制終端；
• O_NONBLOCK：如果pathname指的是一個FIFO、一個塊特殊檔案或一個字元特殊檔案，則此選項為檔案的本次開啟操作和後續I/O操作設定為非阻塞模式；

• O_DSYNC：使每次write等物理I/O操作完成，但是如果寫操作並不影響讀取剛寫入的資料，則不等待檔案屬性被更新；
• O_SYNC：使每次write都等到物理I/O操作完成，包括由write操作引起的檔案屬性更新所需的I/O（資料和屬性總是同步更新）；
• O_RSYNC：使每一個以檔案描述符作為引數的read操作等待，直至任何對檔案同一部分的未決寫操作都完成；

open函式返回的檔案描述符一定是最小的未用描述符數值。這一點被某些應用程式用來在標準輸入、標準輸出或標準錯誤上開啟新的檔案。

檔名與路徑名截短：

在POSIX.1中，常量_POSIX_NO_TRRUNC決定了是否要截短過長的檔名或路徑名，還是返回一個出錯。根據檔案系統型別，此值可變。若_POSIX_NO_TRUNC有效，則在整個路徑名超過PATH_MAX，或路徑名中的任意檔名超過NAME_MAX時，返回出錯狀態，並將errno設定為ENAMETOOLONG。

creat函式：

也可以呼叫creat函式建立一個新檔案：

#include <fcntl.h>

int creat(const char *pathname, mode_t mode);

返回值：若成功，則返回只寫開啟的檔案描述符，若出錯則返回-1。

此函式等效於：open(pathname，O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC， mode）。creat函式的一個不足之處是它以只寫方式開啟所建立的檔案。

close函式：

可呼叫close函式關閉一個開啟的檔案：

#include <unistd.h>

int close(int fieldes)

返回值：若成功則返回0，若出錯則返回-1。

關閉一個檔案時，還會釋放該程序加在該檔案上的所有記錄鎖。當一個程序終止時，核心自動關閉它所有開啟的檔案。很多程式都利用這一功能而不顯示地用close關閉開啟檔案。

lseek函式：

每個開啟的檔案都有一個與其相關聯的當前檔案偏移量。它通常是個非負整數，用以度量從檔案開始處計算的位元組數。通常，讀寫操作都從當前檔案偏移量處開始，並使偏移量增加所讀寫的位元組數。

按照系統預設情況，當開啟一個檔案時，除非指定O_APPEND選項，否則該偏移量設定為0。可呼叫lseek函式顯式地為一個開啟的檔案設定其偏移量：

#include <unistd.h>

off_t lseek(int fieldes, off_t offset, int whence)；

返回值：若成功，則返回新的檔案偏移量，若出錯則返回-1。

對引數offset的解釋與引數whence的值有關：

• 若whence是SEEK_SET，則將該檔案的偏移量設定為距檔案開始處offset個位元組；
• 若whence是SEEK_CUR，則將該檔案的偏移量設定為其當前值加offset，offset可為正或負。
• 若whence是SEEK_END，則將該檔案的偏移量設定為檔案長度加offset，offset可為正或負。

因此可用如下方式確定開啟檔案的當前偏移量：

offset currpos

currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR)；

用上述方法還可以確定所涉及的檔案是否可以設定偏移量。如果檔案描述符引用的是一個管道，FIFO或網路套接字，則leek返回-1，並將errno設定為ESPIPE。

下列程式用於測試能否對其標準輸入設定偏移值：

/*
 * Copyright (C) [email protected]
 */


#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>


int
main(void)
{
	if (lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR) < 0) {
		printf("can't seek\n");
	} else {
		printf("seek ok\n");
	}
	exit(0);
}

通常檔案的當前偏移量應當是個非負整數，但是某些裝置也可能允許負的偏移量。但是對於普通檔案，其偏移量必須是非負值。lseek僅將當前的檔案偏移量記錄在核心中，它並不引起任何I/O操作。

檔案偏移量可以大於檔案的當前長度，這種情況下，對該檔案的下一次寫將加長該檔案，並在檔案中構成一個空洞。位於檔案中但沒有寫過的位元組都被讀為0。檔案中的空洞並不要求在磁碟上佔用儲存區，具體處理方式與檔案系統的實現有關。

下列程式用於建立一個具有空洞的檔案：

/*
 * Copyright (C) [email protected]
 */


#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>


#define FILE_NAME "file.hole"


int
main(void)
{
	char buf_one[] = "abcdefghij";
	char buf_two[] = "ABCDEFGHIJ";
	int fd;

	if ( (fd = creat(FILE_NAME, S_IRUSR | S_IWUSR)) < 0) {
		printf("create file %s error: %s\n", FILE_NAME, strerror(errno));
		exit(1);
	} 
	
	if (write(fd, buf_one, 10) != 10) {
		printf("write error: %s\n", strerror(errno));
		exit(2);
	}
	
	if (lseek(fd, 16384, SEEK_SET) == -1) {
		printf("lseek error: %s\n", strerror(errno));
		exit(3);
	}

	if (write(fd, buf_two, 10) != 10) {
		printf("write error: %s\n", strerror(errno));
		exit(4);
	}

	exit(0);
}

read函式：

呼叫read函式從開啟檔案中讀取資料：

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fields, void *buf, size_t nbytes);

返回值：若成功則返回讀到的位元組數，若已到檔案結尾則返回0，若出錯返回-1。

ssize_t和size_t都是基本系統資料型別，ssize_t為帶符號的整數，size_t為不帶符號的整數。

有多種情況可使實際讀到的位元組數少於要求讀的位元組數：

• 在讀普通檔案時，在讀到要求的位元組數之前已經到達了檔案尾端；
• 從終端裝置讀時，通常一次最多讀一行；
• 當從網路讀時，網路中的緩衝機構可能造成返回值小於所要求讀的位元組數；
• 當從管道或FIFO讀時，如果管道包含的位元組少於所需的數量，那麼read將只返回實際可用的位元組數；
• 當從某些面向記錄的裝置（例如磁帶）讀時，一次最多返回一個記錄；
• 當某一訊號造成中斷，而已經讀了部分資料量時；

write函式：

呼叫write函式向開啟的檔案寫資料：

#include <unistd.h>

sszie_t write(int fields，const void *buf, size_t nbytes)

若成功則返回已寫的位元組數，若出錯則返回-1。

其返回值通常與引數nbytes的值相同，否則表示出錯。write出錯的一個常見原因是：磁碟已寫滿，或者超過了一個給定程序的檔案長度限制。

I/O的效率：

下列程式使用read和write函式複製一個檔案：

/*
 * Copyright (C) [email protected]
 */


#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>


#define BUFSIZE 4096


int
main(void)
{
	int n;
	char buf[BUFSIZE];

	while ( (n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFSIZE)) > 0) {
		if (write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n) {
			printf("write error: %s\n", strerror(errno));
			exit(1);
		}
	}

	if (n < 0) {
		printf("read error: %s\n", strerror(errno));
		exit(2);
	}

	exit(0);
}

不同的BUFSIZE對程式的執行時間有非常大的影響。系統CPU時間的最小值出現在BUFFSIZE為4096處（一個block的大小），繼續增大緩衝區長度對此時間幾乎沒有影響。