在本章中，我们接着讨论文件I/O。
继续open()系统调用的讨论，我们会解释 原子(atomicity) 的概念–系统调用以单个不间断的步骤执行的行为。这是许多系统调用正确执行的必要步骤。
我们介绍另一个文件相关的系统调用–多用途的 fcntl() ,并且展示它的一个用途：获取和设置打开文件的状态标志(status flags)。
接下来，我们看一下内核中用于表示文件描述符和打开文件的数据结构。理解这些结构之间的关系可以有助于我们理解后续章节中文件I/O的细节。然后说明如何复制文件描述符。
然后我们会考虑一些继承了read和write功能的一些系统调用。这些系统调用允许我们在文件的特定位置执行I/O操作而不改变文件偏移量。并且在程序中将数据在多个缓冲(buffer)中传递。
我们会简要介绍 非阻塞(nonblocking) I/O的概念。以及描述一些支持 非常大文件 I/O的扩展函数(系统调用)。
因为很多系统程序中用到 临时文件(temporary files)，所以我们还会介绍一些用于创建临时文件的函数，这些临时文件的名称是随机生成的，并具有唯一性。
5.1 Atomicity and Race Conditions
在我们讨论系统调用的操作时经常会遇到 原子性(Atomicity) 的概念。所有的系统调用都是以原子的方式执行的。内核确保系统调用中的所有步骤以单个操作完成，不会被其他进程或线程打断。
原子性对于一些操作的成功完成是很重要的。尤其是，它允许我们可以避免 竞态条件(race conditions or race hazards) 的发生。竞态条件是一种情形：两个进程(或线程)因为获取CPU(s)时序的不同，导致对相同共享资源的操作产生的结果不可预料 (百度百科：竞态条件，从多进程间通信的角度来讲，是指两个或多个进程对共享的数据进行读或写的操作时，最终的结果取决于这些进程的执行顺序)。
接下来，我们看两种会发生竞态条件的文件I/O情形，并且通过对open() flags参数的使用，保证相关文件操作的原子性，从而消除竞态条件。
当我们讲到章节22.9中的sigsuspend()和章节24.4的fork()时，会重新回顾竞态条件这个主题。
Creating a file exclusively
在章节4.3.1中，我们看到同时在open()中指定O_EXCL和O_CREAT时，如果想要打开的文件已经存在，就会返回一个错误。这就为进程提供了一种方式：可以保证文件的创建者是该进程。以原子性的方式执行文件存在性的检查和文件的创建。想要知道这种方式的重要性，可以考虑Listing 5-1的代码，我们会测试O_EXCL flag缺省的情况(在代码中，我们会打印出由getpid()系统调用返回的进程ID，用于区分两个不同程序运行的输出结果)。
Listing 5-1: Incorrect code to exclusively open a file
//fileio/bad_exclusive_open.c
fd = open(argv[1], O_WRONLY); /* Open 1: check if file exists */
if (fd != -1) { /* Open succeeded */
printf("[PID %ld] File \"%s\" already exists\n",(long) getpid(), argv[1]);
close(fd);
} else {
if (errno != ENOENT) { /* Failed for unexpected reason */
errExit("open");
} else {
fd = open(argv[1], O_WRNOLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
if (fd == -1)
errExit("open");
printf("[PID %ld] Created file \"%s\" exclusively\n", (long) getpid(), argv[1]); /*MAY NOT BE TRUE! */
}
}
Listing 5-1中的代码除了冗长地使用了两次open()调用外，还存在一个bug。假定当一个进程首先调用了open(),发现文件不存在。但是当要调用第二次open()时，其他的进程已经创建了该文件。正如Figure 5-1所示，如果当进程的时间切片过期，内核调度器(kernel shcduler)决定将控制权给另一个进程时，或者，如果两个进程同时运行在多处理器系统中，就可能发生这种情况。Figure 5-1 描绘了两个进程同时执行Listing 5.1中的代码时可能发生的情况。在这种情况下，进程A在执行第二个open()前，其实不能确定文件是否已经创建。不管该文件是否存在，第二个open()都能顺利执行。虽然，这种情况发生的概率相对较小，但是这代码的不可靠性，导致可能会发生这种情况。事实上，这些结果的产生取决于两个进程的调度顺序，也就是说，这就是一种竞态条件。
使用单个open()调用，同时指定O_CREAT和O_EXCL flags可以保证检查和创建的步骤以单个原子的操作执行，从而防止竞态条件的发生。
Appending data to a file
需要用到 原子性 的第二个例子是多个进程将数据追加到同一个文件中（例如，一个全局日志文件）。为此，在每个writer中我们考虑使用如下的代码块：
if (lseek(fd, 0, SEEK_END) == -1) /*将文件偏移量定位到文件最后。表示对于打开的文件，从文件最后开始写入数据*/
errExit("lseek");
if (write(fd, buf, len) != len)
fatal("Partial/failed write");
但是，这块代码与之前的例子具有相同的缺陷。如果第一个进程执行在lseek()和write()调用之间被另一个执行这块代码的进程中断，那么两个进程在写入之前都会将文件偏移量设置成同一个位置。当第一个进程被重新调度时，它会覆盖第二个进程刚才写入的数据。这也是一种竞态条件，因为最后的结果取决于两个进程的调度顺序。
为避免这个问题,需要这两个步骤以原子操作完成：1.找到文件末尾下个字节的位置(偏移量)，2.执行写入操作。打开文件时指定O_APPEND flag就能确保这两个步骤以一个原子操作完成。