3.文件读写细节及文件管理

最新推荐文章于 2024-02-10 01:54:50 发布

Rston

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分类专栏： linux应用文章标签： errno perror inode vnode

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Rston/article/details/51730398

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本文深入讲解了Linux系统中文件输入输出的基本概念和技术细节，包括errno和perror的作用、read和write函数的count参数含义、文件IO与标准IO的区别、inode与vnode节点的功能以及文件与流的概念。

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3.1.errno和perror
(1)errno（error_number即错误号码），linux系统中对各种常见错误做了编号表，当函数执行错误时，函数会返回1个特定的errno编号来告诉我们该函数到底哪里错了（前提是该函数返回时会设置errno）；errno是由OS来维护的1个全局变量，任何OS内部函数都可以通过设置errno来告诉上层调用者究竟刚才发生了1个什么错误。
(2)errno本身实质是1个int类型的数字，每个数字编号对应1种错误，当我们只看errno时只能得到1个错误编号数字（譬如-37）；linux系统提供了1个函数perror（print_error），perror函数内部会读取errno并且将其直接转成对应的错误信息字符串，然后print打印出来。

3.2.read和write的count
(1)count和返回值的关系；count参数表示我们想要写或者读的字节数，返回值表示实际完成的要写或者读的字节数；实际的有可能等于想要读写的，也有可能小于（说明没完成任务）。
(2)count再和阻塞非阻塞结合起来，就会更加复杂，如果某个函数是阻塞式的，则我们要读取30个字节数据，结果暂时只有20个字节数据时就会被阻塞住，等待剩余的10个字节数据可以读。
(3)有时候我们写正式程序时，我们要读取或者写入的是1个很庞大的文件（譬如文件有2MB），我们不可能把count设置为2*1024*1024，而应该去把count设置为1个合适的数字（譬如2048、4096），然后通过多次读取来实现全部读完。

3.3.文件IO效率和标准IO
(1)文件IO即由open、close、write、read等API函数构成的1套用来读写文件的体系，这套体系可以很好的完成文件读写，但是效率并不是最高的；应用层C语言库函数提供了一些用来做文件读写的函数列表，叫标准IO，标准IO由一系列的C库函数构成（fopen、fclose、fwrite、fread），这些标准IO函数是由文件IO封装而来的（fopen内部其实调用的还是open）。
(2)标准IO加了封装之后主要是为了在应用层添加1个缓冲机制，这样我们通过fwrite写入的内容不是直接进入内核中的buf，而是先进入应用层标准IO库自己维护的buf中，然后标准IO库自己根据操作系统单次write的最佳count来选择好的时机来完成write到内核中的buf，内核中的buf再根据硬盘的特性来选择好的实际去最终写入硬盘中。

3.4.静态文件和inode节点
(1)文件平时都存放在硬盘中，硬盘中存储的文件以1种固定的方式存放，其被称为静态文件。
(2)1块硬盘区域可分为2块区域，1块是硬盘内容管理表项，1块是真正存储内容的区域；操作系统最初手里的信息是文件名，最终得到的是文件内容；操作系统访问文件时首先读取硬盘内容管理表，从中找到目标文件的扇区级别的信息，然后利用该信息去查询真正存储内容的区域，最后得到我们要的文件内容。
(3)硬盘内容管理表中以文件为单位记录了各个文件的各种信息，每个文件都有1个信息列表（即inode，i节点，其实质是1个结构体，该结构体中有很多元素，每个元素记录了该文件的一些信息，包括文件名、文件在硬盘上对应的扇区号、块号…）；硬盘资源管理是以文件为单位进行的，每个文件对应1个inode，每个inode对应1个数字编号，每个数字编号对应1个结构体，结构体中记录了该文件的各种信息。
(4)联系平时实践，大家格式化硬盘（U盘）时发现有快速格式化和底层格式化两个选项；快速格式化非常快，格式化1个32GB的U盘只要1秒钟，普通格式化格式化速度慢；快速格式化就是只删除了U盘中的硬盘内容管理表（即inode），真正存储的内容没有动，这种格式化的内容是有可能被找回的。

3.5.动态文件和vnode节点
(1)1个程序的运行就是1个进程，我们在程序中打开的文件就属于某个进程；每个进程都有1个数据结构用来记录该进程的所有信息（即进程表）；进程表中有1个指针会指向1个数据结构（即文件描述符表，每个文件描述符表项=fd+相对应的文件表指针），文件描述符表记录了当前进程打开的所有文件的fd及其相对应的文件表指针；文件表指针指向1个数据结构（即文件表，每个文件表=文件状态标志+当前文件位移量即文件指针+V节点指针（指向vnode节点））文件表中记录了与某个fd相对应的文件相关信息；文件描述符表中用来索引各个打开的文件的index就是文件描述符fd（fd->文件表指针->文件表->V节点指针->vnode节点）。
(2)1个vnode中就记录了1个被打开的文件的各种信息（V节点=i节点信息+当前文件长度+对不同种类文件操作的给个函数指针），则我们只要知道该文件的fd，就可以找到该文件的vnode进而对这个文件进行各种操作。

3.6.文件和流的概念
(1)流（stream）对应自然界的水流，在文件操作中，文件类似是1个大包裹，里面装了1堆字符，但文件被读出/写入时都只能1个字符1个字符的进行，而不能1股脑儿的读写，则1个文件中N多的个字符被挨个依次读出/写入时，这些字符就构成了1个字符流。
(2)流这个概念是动态的，不是静态的；编程中提到流这个概念，一般都是IO相关的，所以经常叫IO流；文件操作时就构成了1个IO流。

3.perror
/*
 * 公司：XXXX
 * 作者：Rston
 * 博客：http://blog.youkuaiyun.com/rston
 * GitHub：https://github.com/rston
 * 项目：文件读写细节及文件管理
 * 功能：演示perror函数的使用。
 */
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd = -1;                                // fd即file descriptor，文件描述符     
    int ret = -1;                               // 用于接收read返回值，判断是否读文件成功
    char buf[100] = {0};                        // 构建缓冲区存放从文件读出的内容
    char bufwrite[20] = "linux is great";       // 构建缓冲区存放要写入文件的内容

    // 打开test.txt文件，若该文件不存在则创建（权限666），若该文件存在则报错
    fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0666);             
    if (-1 == fd)                               // 判断文件打开是否成功，也可这样写if (fd < 0)
    {
        //printf("open file error.\n");
        perror("open file error");              // 通过perror捕捉errno错误信息并打印输出
        //return -1;                            // 使用return或exit退出进程或程序
        exit(-1);
    }
    else
    {
        printf("open file sucess. fd = %d.\n", fd);
    }

#if 1   
    ret = write(fd, bufwrite, strlen(bufwrite));    // 写内容到文件中
    if (ret < 0)                                    // 判断内容是否成功写入文件
    {
        //printf("write file errot.\n");
        perror("write file errot");
        //return -1;
        exit(-1);
    }
    else
    {
        printf("write %d bytes to file.\n", ret);
        printf("the content of write is [%s].\n", bufwrite);
    }
#endif

#if 1   
    ret = read(fd, buf, sizeof(buf));   // 读取文件内容
    if (ret < 0)                        // 判断读取文件是否成功
    {
        //printf("read file error.\n");
        perror("read file error");
        //return -1;
        exit(-1);
    }
    else
    {
        printf("read %d bytes actual from file.\n", ret);
        printf("the content of read is [%s].\n", buf);
    }
#endif

    close(fd);                          // 关闭文件

    //return 0;
    exit(0);
}