AUPE学习第三章------文件I/O1

最新推荐文章于 2019-07-12 14:56:46 发布

NS西北风

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分类专栏： UNIX环境高级编程文章标签： unix aupe unix环境高级编程 linux gcc

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/huang2009303513/article/details/17589305

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本文详细介绍了文件I/O操作的基础知识，包括lseek、read、write等函数的使用方法及注意事项，探讨了文件共享机制，并讲解了如何通过dup和fcntl函数进行文件描述符的管理和文件属性的设置。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

3.6lseek函数

lseek函数用于当打开一个文件时与其关联的”当前文件偏移量“的操作相关。

函数格式：

off_t lseek(int fileds, off_t offset, int whence);

若成功则返回新的文件偏移，若出错则返回-1.。

对参数offset的解释与参数whence的值相关。

whence==SEEK_SET 距文件开始处offset个字节。

whence==SEEK_CUR 文件偏移量设置为当前offset

whence==SEEK_END 偏移量为文件长度加上offset。

下面的程序测试标准输入能否被设置位移量lseektest.c：

#include <sys/types.h>
#include "ourhdr.h"
int main(void)
{
    if (lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR) == -1)
        printf("cannot seek\n");
    else
        printf("seek ok\n");
    exit(0);
}

运行结果如下：

[root@localhost apue]# gcc -o lseektest.out lseektest.c 
[root@localhost apue]# ./lseektest.out 
cannot seek

[root@localhost apue]# ./lseektest.out </etc/motd
seek ok
[root@localhost apue]# cat < /etc/motd | ./lseektest.out 
cannot seek

lseek函数只将文件位移量记录在内核中，它并不引起任何I/O操作。然后该位移量用于下一个读或者写操作。

下面的程序创建一个具有空洞的文件：

fseekcreate.c：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include "ourhdr.h"
#include "error.c"

char buf1[] = "abcdefghij";
char buf2[] = "ABCDEFGHIJ";

int main(void)
{
    int fd;
    if ((fd = creat("file.hole", FILE_MODE)) < 0)
    {
        err_sys("creat error");
    }
    if (write(fd, buf1, 10) != 10)
        err_sys("buf1 write error");
    if (lseek(fd, 40, SEEK_SET) == -1)
        err_sys("lseek error");
    if (write(fd,buf2,10) != 10)
        err_sys("buf2 write error");
    exit(0);
}

文件中间30个未写字节都被读成0。

运行结果如下：

[root@localhost apue]# gcc -o fseekcreate.out fseekcreate.c 
[root@localhost apue]# ./fseekcreate.out 
[root@localhost apue]# ls -l file.hole 
-rw-r--r-- 1 root root 50 12-26 19:54 file.hole
[root@localhost apue]# od -c file.hole 
0000000   a   b   c   d   e   f   g   h   i   j  \0  \0  \0  \0  \0  \0
0000020  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0
0000040  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0   A   B   C   D   E   F   G   H
0000060   I   J
0000062

3.7 read函数

用read函数从打开的文件中读取数据。

ssize_t read(int filedes, void *buff, size_t nbytes)

返回读到的字节数，如果已经到了文件尾，返回0，若出错返回-1。

从终端设备读取时，通常一次最多读取一行。

读操作从文件的当前位移量开始。

3.8write函数

用write函数向打开文件写数据。

ssize_t write(int fileds, const void *buff, size_t nbytes)

若成功读取返回已写的字节数，失败返回-1。

对于普通文件，写操作从文件的当前位移量处开始。

3.9 I/O的效率

下面的程序使用read和write函数来复制一个文件：

说明：所有的UNIX shell都提供一种方法，它在标准输入上打开一个文件用于读(STDIN_FILENO)。在标准输出上创建一个文件用于写（STDOUT__FILENO）。

stdinout.c:

#include "ourhdr.h"
#include "error.c"

#define BUFFSIZE  8192

int main(void)
{
    int n;
    char  buf[BUFFSIZE];
    while ((n = read(STDIN_FILENO,buf,BUFFSIZE)) > 0)
        if (write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n)
            err_sys("write error");
    if (n <0)
        err_sys("read error");
    exit(0);
}

运行结果如下：

[root@localhost apue]# gcc -o stdinout.out stdinout.c 
[root@localhost apue]# ./stdinout.out 
hello
hello
nihao
nihao

BUFFSIZE一般设置为8192处，系统CPU时间出现最小值。

3.10文件共享

UNIX支持在不同进程之间打开共享文件。

内核用三个数据结构用于文件共享操作实现：

每个进程在进程表中有一个记录项，每个记录项中有一张打开文件的描述符表。

内核为所有打开的文件维持一张文件表。

每个打开的文件或者设备都有一个V节点结构。

每个进程可以打开多个文件，每个文件对应一个文件表项。多个进程可以打开一个文件。

3.11原子操作

3.11.1添加至一个文件

在写入一个文件的时候，"定位档到文件结尾处，然后写"。这个操作不能被其他操作中断，这就是原子操作。

UNIX实现原子操作的方法是在打开文件时设置O_APPEND标志。

原子操作：指的是由多部组成的操作，该操作原子地执行完所有步或者一步也不执行。

3.12dup和dup2函数

下面两个函数都可用于复制一个现存的文件描述符：

int dup(int filedes)

int dup2(int filedes, int filedes2)

两函数都是若成功返回新的文件描述符，若错误返回-1。

由dup返回的新文件描述符一定是当前可用文件描述符中最小的整数。dup2则可用用filedes2参数指定新文件描述符的数值。

3.13fcntl函数

fcntl函数可以改变已经打开的文件的性质。

int fcntl(int filedes, int cmd, ...)

返回：若成功，则依赖于cmd，如出错则-1。

F_GETFL可以用于获取文件状态标志作为函数的返回值。

fcntl的返回值与命令有关，如果出错，所有命令都返回-1。

下面的程序对于指定的文件状态描述符打印文件标志：

fcontltest.c:

#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include "ourhdr.h"
#include "error.c"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int accmode, val;
    if (argc != 2)
        err_quit("usage:a.out <descriptor#>");
    if ((val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0)) < 0)
        err_sys("fcntl error for fd %d", atoi(argv[1]));

    accmode = val & O_ACCMODE;
    if (accmode == O_RDONLY)       printf("read only");
    else if (accmode == O_WRONLY)  printf("write only");
    else if (accmode == O_RDWR)    printf("read write");
    else err_dump("unknow access mode");

    if (val & O_APPEND)            printf(", append");
    if (val & O_NONBLOCK)          printf(", nonblocking");
    #if !defined(_POSIX_SOURCE) && defined(O_SYNC)
    if (val & O_SYNC)              printf(", synchronous writes");
    #endif
    putchar('\n');
    exit(0);
}

说明：

如果第二个参数是F_GETFL,则设置并返回文件状态标识符为第一个参数的值。

O_ACCMODE<0003>：读写文件操作时，用于取出flag的低2位

atoi函数的功能是把字符串转换为整数。

运行结果：

[root@localhost apue]# vim fcontltest.c 
[root@localhost apue]# gcc -o fcontltest.out fcontltest.c 
[root@localhost apue]# ./fcontltest.out 0 < /dev/tty
read only
[root@localhost apue]# ./fcontltest.out 1> temp.foo
usage:a.out <descriptor#>
[root@localhost apue]# ./fcontltest.out 1 > temp.foo
[root@localhost apue]# cat temp.foo 
write only
[root@localhost apue]# ./fcontltest.out 2  2> > temp.foo
bash: syntax error near unexpected token `>'
[root@localhost apue]# ./fcontltest.out 2  2>> temp.foo
write only, append
[root@localhost apue]# ./fcontltest.out 5  5>> temp.foo
write only, append
[root@localhost apue]# ./fcontltest.out 5  5<> temp.foo
read write
[root@localhost apue]# cat temp.foo 
write only