系统级I/O和网络

I/O（输入/输出）是在主存和外部设备（如磁盘驱动器、终端和网络）之间拷贝数据的过程。输入操作是从I/O设备拷贝数据到主存，而输出操作是从主存拷贝数据到I/O设备。所有语言的运行时系统都提供执行I/O的较高级别的工具。

一个Unix文件就是一个个字节的序列：。所有的I/O设备，如网络、磁盘和终端，都被模型化为文件，而所有的输入和输出都被当作对相应文件的读和写来执行。这种将设备优雅地映射为文件的方式，允许Unix内核引出一个简单、低级的应用接口，称为Unix I/O，这使得所有的输入和输出都能以一种统一且一致的方式来执行：

• 打开文件。一个应用程序通过要求内核打开相应的文件，来宣告它想要访问一个I/O设备。内核返回一个小的非负整数，叫做描述符，它在后续对此文件的所有操作中表示这个文件。内核会记录有关这个打开文件的所有信息，应用程序只需记住这个描述符。

Unix外壳创建的每个进程开始时都有三个打开的文件：标准输入（描述符为0）、标准输出（描述符为1）和标准错误（描述符为2）。头文件<unistd.h>定义了常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO，它们可用来代替显式的描述符值。

• 改变当前的文件位置。对于每个打开的文件，内核都保持着一个文件位置k，初始为0。这个文件位置是从文件开头起始的字节偏移量。应用程序能够通过执行seek操作，显示地设置文件的当前位置k。

• 读写文件。一个读操作就是从文件拷贝n>0个字节到存储器，从当前文件位置k开始，然后将k增加到k+n。类似地，写操作就是从存储器拷贝n>0个字节到一个文件，从当前文件位置k开始，然后更新k。

给定一个大小为m字节的文件，当k>=m时执行读操作会触发一个称为end-of-file（EOF）的条件，应用程序能检测到这个条件。在文件结尾处并没有明确的“EOF符号”。

• 关闭文件。当应用程序完成了对文件的访问之后，它就通知内核关闭这个文件。作为响应，内核释放文件打开时创建的数据结构，并将这个描述符恢复到可用的描述符池中。无论一个进程因为何种原因终止时，内核都会关闭所有打开的文件并释放他们的存储器资源。

套接字接口（socket interface）是一组函数，它们和Unix I/O函数结合起来，用以创建网络应用。

套接字接口概述

从Unix内核的角度来看，一个套接字就是通信的一个端点。从Unix程序的角度来看，套接字就是一个有相应描述符的打开文件。

struct sockaddr {
  unsigned short sa_family;  // protocal family
  char           sa_data[14];  // address data
};

struct sockaddr_in {
  unsigned short sin_family;  // address family (always AF_INET)
  unsigned short sin_port;  // port number in network byte order
  struct in_addr sin_addr;  // IP address in network byte order
  unsigned char  sin_zero[8];  //  pad to sizeof(struct sockaddr)
};

因特网的套接字地址存放在类型为sockaddr_in的16字节结构中。对于英特网应用，sin_family成员是AF_INET，sin_port成员是一个16位的端口号，而sin_addr成员就是一个32位的IP地址。IP地址和端口号总是以网络字节顺序（大端法）存放的。

_in 后缀是互联网（internet）的缩写，而不是输入（input）的缩写。