UNIX系統中的大多數文件I/O只需要用到5個函數：open、read、write、lseek以及close。本章說明的函數經常稱爲“不帶緩衝的I/0”，術語不帶緩衝指的是每個read和write都調用內核中的一個系統調用。這些不帶緩衝的I/O函數不是ISO C的組成部分，但是它們是POSIX.1和Single UNIX Specification的組成部分。
文件描述符：
對內核而言，所有打開的文件都通過文件描述符引用。文件描述符是個非負整數。按照慣例，UNIX系統shell使用文件描述符0與進程的標準輸入相關聯，文件描述符1與標準輸出相關聯，文件描述符2與標準出錯相關聯。這是各種shell以及許多應用程序使用的慣例，而與UNIX內核無關。在依從POSIX的應用程序中，幻數0、1、2應當替換成符號常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO，這些常量都定義在<unistd.h>中。
文件描述符的變化範圍是0-OPEN_MAX。
open函數：
調用open函數可以打開或創建一個文件：
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flag, .../* mode_t mode */);
返回值，若成功則返回文件描述符，若出錯則返回-1
pathname：是要打開或創建文件的名字，flag參數可以說明此函數的多個選項，用下列一個或多個常量進行或運算，構成flag參數。
- O_RDONLY：只讀打開；
- O_WRONLY：只寫打開；
- O_RDWR：讀寫打開；
- O_APPEND：每次寫時都追加到文件的尾端；
- O_CREAT：若文件不存在，則創建它。使用此選項時，需要第三個參數mode，用於指定新文件的訪問權限位。
- O_EXCL：若同時指定了O_CREAT，而文件已經存在，則會出錯。用此可以測試一個文件是否存在，如果不存在，則創建此文件。這使得測試和創建成爲一個原子操作；
- O_TRUNC：如果文件存在，而且爲只寫或讀寫成功打開，則將其長度截短爲0；
- O_NOCTTY：如果pathname指定的是終端設備，則不將該設備分配作爲此進程的控制終端；
- O_NONBLOCK：如果pathname指的是一個FIFO、一個塊特殊文件或一個字符特殊文件，則此選項爲文件的本次打開操作和後續I/O操作設置爲非阻塞模式；
- 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數據，則不等待文件屬性被更新；
- O_SYNC：使每次write都等到物理I/O操作完成，包括由write操作引起的文件屬性更新所需的I/O（數據和屬性總是同步更新）；
- O_RSYNC：使每一個以文件描述符作爲參數的read操作等待，直至任何對文件同一部分的未決寫操作都完成；
open函數返回的文件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序用來在標準輸入、標準輸出或標準錯誤上打開新的文件。
文件名與路徑名截短：
在POSIX.1中，常量_POSIX_NO_TRRUNC決定了是否要截短過長的文件名或路徑名，還是返回一個出錯。根據文件系統類型，此值可變。若_POSIX_NO_TRUNC有效，則在整個路徑名超過PATH_MAX，或路徑名中的任意文件名超過NAME_MAX時，返回出錯狀態，並將errno設置爲ENAMETOOLONG。
creat函數：
也可以調用creat函數創建一個新文件：
#include <fcntl.h>
int creat(const char *pathname, mode_t mode);
返回值：若成功，則返回只寫打開的文件描述符，若出錯則返回-1。
此函數等效於：open(pathname，O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC， mode）。creat函數的一個不足之處是它以只寫方式打開所創建的文件。
close函數：
可調用close函數關閉一個打開的文件：
#include <unistd.h>
int close(int fieldes)
返回值：若成功則返回0，若出錯則返回-1。
關閉一個文件時，還會釋放該進程加在該文件上的所有記錄鎖。當一個進程終止時，內核自動關閉它所有打開的文件。很多程序都利用這一功能而不顯示地用close關閉打開文件。
lseek函數：
每個打開的文件都有一個與其相關聯的當前文件偏移量。它通常是個非負整數，用以度量從文件開始處計算的字節數。通常，讀寫操作都從當前文件偏移量處開始，並使偏移量增加所讀寫的字節數。
按照系統默認情況，當打開一個文件時，除非指定O_APPEND選項，否則該偏移量設置爲0。可調用lseek函數顯式地爲一個打開的文件設置其偏移量：
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fieldes, off_t offset, int whence)；
返回值：若成功，則返回新的文件偏移量，若出錯則返回-1。
對參數offset的解釋與參數whence的值有關：
- 若whence是SEEK_SET，則將該文件的偏移量設置爲距文件開始處offset個字節；
- 若whence是SEEK_CUR，則將該文件的偏移量設置爲其當前值加offset，offset可爲正或負。
- 若whence是SEEK_END，則將該文件的偏移量設置爲文件長度加offset，offset可爲正或負。
因此可用如下方式確定打開文件的當前偏移量：
offset currpos
currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR)；
用上述方法還可以確定所涉及的文件是否可以設置偏移量。如果文件描述符引用的是一個管道，FIFO或網絡套接字，則leek返回-1，並將errno設置爲ESPIPE。
下列程序用於測試能否對其標準輸入設置偏移值：
/*
* 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);
}
通常文件的當前偏移量應當是個非負整數，但是某些設備也可能允許負的偏移量。但是對於普通文件，其偏移量必須是非負值。lseek僅將當前的文件偏移量記錄在內核中，它並不引起任何I/O操作。
文件偏移量可以大於文件的當前長度，這種情況下，對該文件的下一次寫將加長該文件，並在文件中構成一個空洞。位於文件中但沒有寫過的字節都被讀爲0。文件中的空洞並不要求在磁盤上佔用存儲區，具體處理方式與文件系統的實現有關。
下列程序用於創建一個具有空洞的文件：
/*
* 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函數：
調用read函數從打開文件中讀取數據：
#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字節數，若已到文件結尾則返回0，若出錯返回-1。
ssize_t和size_t都是基本系統數據類型，ssize_t爲帶符號的整數，size_t爲不帶符號的整數。
有多種情況可使實際讀到的字節數少於要求讀的字節數：
- 在讀普通文件時，在讀到要求的字節數之前已經到達了文件尾端；
- 從終端設備讀時，通常一次最多讀一行；
- 當從網絡讀時，網絡中的緩衝機構可能造成返回值小於所要求讀的字節數；
- 當從管道或FIFO讀時，如果管道包含的字節少於所需的數量，那麼read將只返回實際可用的字節數；
- 當從某些面向記錄的設備（例如磁帶）讀時，一次最多返回一個記錄；
- 當某一信號造成中斷，而已經讀了部分數據量時；
write函數：
調用write函數向打開的文件寫數據：
#include <unistd.h>
sszie_t write(int fields，const void *buf, size_t nbytes)
若成功則返回已寫的字節數，若出錯則返回-1。
其返回值通常與參數nbytes的值相同，否則表示出錯。write出錯的一個常見原因是：磁盤已寫滿，或者超過了一個給定進程的文件長度限制。
I/O的效率：
下列程序使用read和write函數複製一個文件：
/*
* 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對程序的運行時間有非常大的影響。系統CPU時間的最小值出現在BUFFSIZE爲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。