open/read/write/close等文件相关系统调用接口

最新推荐文章于 2024-10-28 21:15:00 发布

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分类专栏：操作系统

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本文介绍了操作系统中文件操作的基础知识，包括open、close、read和write等系统调用的使用方法及注意事项，对比了无缓冲I/O与C标准I/O库函数的特点。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1、系统调用
操作系统会对外表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，这由操作系统提供的部分接口，称为系统调用。
2、库函数
系统调用进行适度封装，从而形成了库，有利于开发者进行二次开发。
下面我们就来解释系统函数与库函数的关系：
在下面这张图我们可以看到操作系统在底层软硬件的分层结构，同时观察到lib库函数所在与系统调用的关系，显然他们是上下级的关系，lib是对系统调用的二次封装，方便二次开发。
这里写图片描述
今天我们就来认识下一些文件相关的系统函数
open、close、write、read等被称为无缓冲I/O（Unbuffered I/O）函数，用户程序在读写文件时既可以调用c标准库函数，也可以直接调用底层的Unbuffered I/O函数。
然而open、close、write、read等系统的函数成为无缓冲I/O函数，那么这些函数的各自的使用场景是什么呢？

用Unbuffered I/O函数每次读写都要进内核，调一个系统调用比调一个用户控件的函数要慢很多，所以在用户程序开辟I/O缓冲区还是必要的，用C标准I/O库函数比较方便。
用C标准I/O库函数要时刻注意I/O缓冲区和实际文件有可能不一致，在必要时调用fflush(3)。
UNIX的传统是Everything is a file(一切皆文件)，I/O函数不仅可以读写文件还可以读写设备。在读写设备时通常是不希望有缓冲的。比如网络设置的读写就希望是实时读写。
C标准库函数是C标准的一部分，而Unbuffered I/O函数是UNIX标准的一部分。只有在UNXI平台上才能用Unbuffered I/O函数,windows上不行。

1. open
这里写图片描述
注释：

1）函数说明：用来打开一个一个已经存在的文件或者用来创建一个普通文件。
2）参数解释：
pathname：文件名
flags：打开文件的方法
mode：若文件不存在，设置新文件的权限
返回值：成功则返回文件描述符，否则返回-1
对于open函数来说，第三个参数仅当创建新文件时（即使用了O_CREAT 时）才使用，用于指定文件的访问权限位。
3）返回值：成功则返回文件描述符，否则返回-1

flags 用于指定文件的打开/创建模式，这个参数可由以下常量（定义于fcntl.h）通过逻辑位或逻辑构成。

O_RDONLY 只读模式
O_WRONLY 只写模式
O_RDWR 读写模式。
2)flags：

打开/创建文件时，至少得使用上述三个常量中的一个。
以下常量是选用的：

O_APPEND 每次写操作都写入文件的末尾 O_CREAT 如果指定文件不存在，则创建这个文件 O_EXCL
如果要创建的文件已存在，则返回-1，并且修改errno的值 O_TRUNC
如果文件存在，并且以只写/读写方式打开，则清空文件全部内容(即将其长度截短为0) O_NOCTTY
如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端。 O_NONBLOCK
如果路径名指向FIFO/块文件/字符文件，则把文件的打开和后继I/O

2、close
这里写图片描述
注释：
（1）函数说明：关闭指定文件
（2）函数解释：fd—–文件描述符，用来指向要操作的文件的文件结构体
（3）返回值：若成功返回0，失败返回-1；
注意：关闭一个文件时也释放该进程加在该文件上的所有记录锁，当一个进程终止时，它所有的打开文件都由内核自动关闭。
3、read函数
这里写图片描述
注释：
（1）函数说明：是从 fd所描述的打开文件中读取 buf所指缓冲区中的 n个字节。
（2）参数说明
fd：文件描述符，用来指向要操作的文件的文件结构体
buf：一块内存空间
count：请求读取的字节数，读上来的数据保存在缓冲区buf中，同时文件的当前读写位置向后移。
ssize_t:有符号整型
（3）返回值：成功返回读取的字节数，出错返回-1并设置errno，如果在调用read之前已到达文件末尾，则这次read返回0。
注意：读操作从文件的当前位移量处开始，在成功返回之前，该位移量增加实际读的字数

#include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 
  4 int main(){
  5     char buf[1024];
  6     ssize_t s=read(0,buf,sizeof(buf)-1);
  7     //从屏幕上读取数据，包括换行符
  8      printf("%d\n",sizeof(buf)-1);
  9      printf("s=%d\n",s);
 10      buf[s]=0;
 11      printf("%d\n",strlen(buf));
 12      printf("%d\n",sizeof(buf));
 13      return 0;
 14 }

这里写图片描述

read时如果fd中的数据小于要读取的数据，就会引起堵塞，可以添加换行符）（回车）就不会引起堵塞了。从终端设备读，通常以行为单位，读到换行符就返回，换行符也算读到的内容。

4、write
这里写图片描述
注释：
（1）函数说明：将buf所指向的缓冲区的n字节写入fd所描述的打开文件中
（2）参数说明：
fd文件指针
作用: 把buf中的nbyte大小的数据写入fd
返回值: 写入文档的字节数（成功）；-1（出错）
write函数把buf中nbyte写入文件描述符handle所指的文档，成功时返回写的字节数，错误时返回-1.