Linux下基础I/O

Lin9ux下的基础I/O

C语言阶段

1. 在学习C语言的时候，我们要实现程序的I/O操作，需要调用fopen()和fclose来打开和关闭文件，fopen()成功返回FILE*的文件指针，
2. 利用fread和fwrite函数来进行文件的读写操作。当然我们还学过fseek重置文件指针，ftell，rewind等函数
3. 我们还知道，C会默认打开流，stdin，stdout，stderr，并且这三个流都是FILE*类型的，即文件指针。

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系统编程阶段

1. 当我们进入系统编程之后，我们可以同样的调用系统接口，来实现I/O操作。
   系统接口

2. open
   int open（const char*pathname, int flags）;
   int open(const char* pathname,int flags,mode_t mode)
   pathnamm：要打开文件名称
   flag：O_RDONLY(只读)，O_WRONLY(只写)，O_RDWR(可读可写)，O_CREAT(文件不存在则创建之，并且要加上mode权限)
   3.write
   ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
   fd：对应操纵文件的文件描述符，
   buf：源数据存放内存
   count：一次写入多少个字节
   返回值：实际写入字节数

3. read
   ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
   fd：对应文件的文件描述符；
   buf：写到的目的内存；
   count：一次写入的字节数；
   返回值：实际读取的字节数

4. close
   int close(int fd);
   关闭对应文件描述符为fd的文件。
5. 我们知道，c提供的f#类函数都是库函数，调用成功返回文件指针，而open，close，write，read属于系统调用接口，在讲操作系统的作用的时候，讲过下面这张图。
   
6. 不难看出，c库函数都是封装了系统调用的接口，方便二次开发。我们又知道linux下一个进程的PCB中有files*的一个字段，描述一个进程打开文件的情况，而这个指针指向一个files_struct的结构体表，这个表中最重要的就是保护一个指针数组，每个数组元素都指向打开的文件，我们通常就利用数组的下标来操纵对应位置的元素，我们把这里的下标称之为文件描述符，我们都知道数组下标从0开始的，所以每一个进程都默认打开0，1，2三个文件描述符表示的文件，分别代表标准输入，标准输出，标准出错。如下图
   这里我们就来练习一下这几个函数：

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<sys/types.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<fcntl.h>
  6 #include<sys/stat.h>
  7 int main()
  8 {        
  9          
 10     int fd=open("myfile",O_RDWR|O_CREAT,0644);
 11     if(fd<0)
 12     {    
 13         perror("open");
 14         return -1;
 15     }    
 16     int count=5;
 17     char *buf="hello,world\n";
 18     while(count--)
 19     {    
 20 write(fd,buf,strlen(buf));
 21     }    
 22     char buf2[1024];
 23     while(1)
 24     {    
 25          
 26         ssize_t s=read(fd,buf2,strlen(buf)-1);                                                                                                                                                               
 27         if(s>0)
 28         {
 29             printf("myfile if :%s\n",buf2);
 30         }
 31         else
 32         {
 33             break;
 34         }
 35     }    
 36     close (fd);
 37     return 0;

• 既然现在我们了解了系统编程的I/O函数，已经文件描述符的概念，我们就知道，一个进程默认会打开0，1，2三个分别代表标准输入，标准输出，标准出错的文件描述符，而系统默认的输出就是屏幕，默认的输入就是键盘，如果讲原本输出到屏幕的数据输出到指定地方，这就叫做输出重定向.就拿输出重定向来举例，printf（）默认是往屏幕上面打印数据，再调用时，底层就会找到1号文件描述符，我们只需要关闭1号文件描述符，然后用我们创建的myfile代替他，以后调用printf()函数就会找到1号文件描述符对应的内容，即往myfile中输出数据，

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我们来实现一个小程序，使原来往屏幕上打印的数据，输出到文件中。

  1 #include<stdio.h>                                                         
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<sys/types.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<fcntl.h>
  6 #include<sys/stat.h>
  7 int main()
  8 {
  9 close(1);
 10 int fd=open("myfile",O_RDWR|O_CREAT,0644);
 11 if(fd<0) 
 12 {        
 13     perror("open");     
 14     return -1;          
 15 }        
 16          
 17 printf("how are you?\n");
 18 close(fd);
  }     

原本输出到屏幕上的数据就被输出到文件里面了

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FILE结构和文件描述符

1. 因为IO函数和系统调用对应，所以本质上还是操控的是文件描述符。所以再FILE结构体里面肯定封装了文件描述符。
2. 一般的C库函数写入文件都是全缓冲的，写入显示器是行缓冲的。
3. 而我们的系统调用接口是没有自带缓冲区的。

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静态库和动态库

1. 要了解静态库和动态库首先我们来了解一下文件系统，来看一下文件系统，每一个当我们使用ls -l 选项列出文件信息的时候，能看到文件的模式，硬链接数，文件所属者和所属组，当然还有文件大小和文件最后被修改时间，以及文件名。

2. 但是每一个文件再计算机中如何存储的，我们来看下面这张图
   
   超级快：保存着文件系统本身的结构信息。
   i节点表：存放着文件的属性，如大小，所有者，最后修改时间
   数据区：存放着文件的内容

3. 在查找一个文件的时候，并不是利用文件名来找，而是用文件名对应的inode（其实在linux中一个inode可以对应多个inode，）

4. 我们可以使用ln命令来使两个文件对应同一个inode。
5. 我们可以看出， 1 和 2 文件的 元信息中有 一列变成了2.
6. 我们把通过inode引用另外一个文件叫做硬链接，把通过文件名引用另一个文件叫做软链接

静态库

程序在编译链接的过程中，把库的代码全部链接到可执行文件中，运行期间不需要静态库，这样造成可执行文件太大，并且效率低。
静态库命名规则 libXXX.a（lib是前缀，.a是后缀，XXX是库名）

生成方法

1. 先使用gcc -c选项使目标文件在汇编完成后结束生成.o文件
2. 使用ar -rc 库名 目标文件 来生成动态库
   .

链接方法

1. gcc man.c -L . -l mymath
   -L选项后面加上库的路径，-l选项后加上库名，注意删除掉前缀后缀
   

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动态库

程序在运行期间才回去链接到动态库的代码，多程序 共享使用库的代码。一个动态库链接的可执行程序仅仅包含它用到的函数的入口地址，而不是外部函数所在目标文件的整个机器码。节省了资源规则：libXXX.so
动态库命名

生成方法

gcc -shared表示生成共享库格式
gcc -fPIC表示生成位置无关的码

链接方法

gcc man.c -L . -l mymath