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前言
本文用于记录linux系统函数学习
一、C标准函数与系统函数的区别
1、什么是系统调用
系统调用是由操作系统实现并提供给外部应用程序的编程接口，是应用程序同系统之间数据交互的桥梁。
一个hello world如何打印到屏幕上？
每一个FILE文件流（标准C库函数）都有一个缓冲区buffer，默认大小8192Byte。Linux系统的IO函数默认是没有用户级缓冲区的。
2、文件描述符
一个进程启动之后，默认打开三个文件描述符：
#define STDIN_FILENO 0
#define STDOUT_FILENO 1
#define STDERR_FILENO 2
新打开文件返回文件描述符表中未使用的最小文件描述符，调用open函数就可以打开或创建一个文件，得到一个文件描述符。
3、相关函数
3.1 open函数
函数作用：打开或者新建一个文件
函数原型:
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
函数参数：
pathname参数
是要打开或创建的文件名,和fopen一样, pathname既可以是相对路径也可以是绝对路径。
flags参数
有一系列常数值可供选择, 可以同时选择多个常数用按位或运算符连接起来, 所以这些常数的宏定义都以O_开头,表示or。
必选项:以下三个常数中必须指定一个, 且仅允许指定一个。
O_RDONLY 只读打开
O_WRONLY 只写打开
O_RDWR 可读可写打开
以下可选项可以同时指定0个或多个, 和必选项按位或起来作为flags参数。可选项有很多, 这里只介绍几个常用选项：
O_APPEND 表示追加。如果文件已有内容, 这次打开文件所写的数据附加到文件的末尾而不覆盖原来的内容。
O_CREAT 若此文件不存在则创建它。使用此选项时需要提供第三个参数mode, 表示该文件的访问权限。
文件最终权限：mode & ~umask
O_EXCL 如果同时指定了O_CREAT,并且文件已存在,则出错返回。
O_TRUNC 如果文件已存在, 将其长度截断为为0字节。
O_NONBLOCK 对于设备文件, 以O_NONBLOCK方式打开可以做非阻塞
I/O(NonblockI/O),非阻塞I/O。
函数返回值:
成功: 返回一个最小且未被占用的文件描述符
失败: 返回-1, 并设置errno值.
3.2 close函数
函数作用：关闭文件
函数原型：int close(int fd);
函数参数：fd文件描述符
函数返回值：
成功：返回0
失败：返回-1，并设置errno值
需要说明的是,当一个进程终止时, 内核对该进程所有尚未关闭的文件描述符调用close关闭,所以即使用户程序不调用close, 在终止时内核也会自动关闭它打开的所有文件。但是对于一个长年累月运行的程序(比如网络服务器), 打开的文件描述符一定要记得关闭, 否则随着打开的文件越来越多, 会占用大量文件描述符和系统资源。
3.3 read函数
函数作用：从打开的设备或文件中读取数据
函数原型：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
函数参数：
fd: 文件描述符
buf: 读上来的数据保存在缓冲区buf中
count： buf缓冲区存放的最大字节数
函数返回值：
>0 : 读取到的字节数
=0 ：文件读取完毕
-1 ： 出错，并设置errno
3.4 write函数
函数作用：向打开的设备或文件中写数据
函数原型：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
函数参数：
fd: 文件描述符
buf: 缓冲区，要写入文件或设备的数据
count：buf中的数据长度
函数返回值：
成功： 返回写入的字节数
错误： 返回-1并设置error
3.5 lseek函数
所有打开的文件都有一个当前文件偏移量(current file offset),以下简称为cfo. cfo通常是一个非负整数, 用于表明文件开始处到文件当前位置的字节数. 读写操作通常开始于 cfo, 并且使 cfo 增大, 增量为读写的字节数. 文件被打开时, cfo 会被初始化为 0, 除非使用了 O_APPEND.使用 lseek 函数可以改变文件的 cfo.
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
函数描述: 移动文件指针
函数原型: off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
函数参数：
fd：文件描述符
参数 offset 的含义取决于参数 whence：
如果 whence 是 SEEK_SET，文件偏移量将设置为 offset。
如果 whence 是 SEEK_CUR，文件偏移量将被设置为 cfo 加上 offset，offset 可以为正也可以为负。
如果 whence 是 SEEK_END，文件偏移量将被设置为文件长度加上 offset，offset 可以为正也可以为负。
函数返回值: 若lseek成功执行, 则返回新的偏移量。
lseek函数常用操作
文件指针移动到头部
lseek(fd, 0, SEEK_SET);
获取文件指针当前位置
int len = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
获取文件长度
int len = lseek(fd, 0, SEEK_END);
lseek实现文件拓展
off_t currpos;
// 从文件尾部开始向后拓展1000个字节
currpos = lseek(fd, 1000, SEEK_END);
// 额外执行一次写操作，否则文件无法完成拓展
write(fd, “a”, 1); // 数据随便写
4、perror和errno
errno是一个全局变量, 当系统调用后若出错会将errno进行设置, perror可以将errno对应的描述信息打印出来.
如:perror(“open”); 如果报错的话打印: open:(空格)错误信息
二、阻塞与非阻塞
阻塞和非阻塞时文件本身的属性，不是read函数的属性。
- 普通文件：hello.c 默认是非阻塞的
- 终端设备：如/dev/tty 默认是阻塞的
- 管道和套接字：默认是阻塞的
三、文件和目录
1、文件相关函数
1.1、stat/lstat函数
函数作用：获取文件属性
函数原型：int stat(const char *pathname, struct stat *buf);
int lstat(const char *pathname, struct stat *buf);
函数返回值：
成功返回0
失败返回-1
struct stat {
dev_t st_dev; //文件的设备编号
ino_t st_ino; //节点
mode_t st_mode; //文件的类型和存取的权限
nlink_t st_nlink; //连到该文件的硬连接数目，刚建立的文件值为1
uid_t st_uid; //用户ID
gid_t st_gid; //组ID
dev_t st_rdev; //(设备类型)若此文件为设备文件，则为其设备编号
off_t st_size; //文件字节数(文件大小)
blksize_t st_blksize; //块大小(文件系统的I/O 缓冲区大小)
blkcnt_t st_blocks; //块数
time_t st_atime; //最后一次访问时间
time_t st_mtime; //最后一次修改时间
time_t st_ctime; //最后一次改变时间(指属性)
};
- st_mode -- 16位整数
0-2 bit -- 其他人权限
S_IROTH 00004 读权限
S_IWOTH 00002 写权限
S_IXOTH 00001 执行权限
S_IRWXO 00007 掩码, 过滤 st_mode中除其他人权限以外的信息
3-5 bit -- 所属组权限
S_IRGRP 00040 读权限
S_IWGRP 00020 写权限
S_IXGRP 00010 执行权限
S_IRWXG 00070 掩码, 过滤 st_mode中除所属组权限以外的信息
6-8 bit -- 文件所有者权限
S_IRUSR 00400 读权限
S_IWUSR 00200 写权限
S_IXUSR 00100 执行权限
S_IRWXU 00700 掩码, 过滤 st_mode中除文件所有者权限以外的信息
If (st_mode & S_IRUSR) -----为真表明可读
If (st_mode & S_IWUSR) ------为真表明可写
If (st_mode & S_IXUSR) ------为真表明可执行
○ 12-15 bit -- 文件类型
S_IFSOCK 0140000 套接字
S_IFLNK 0120000 符号链接（软链接）
S_IFREG 0100000 普通文件
S_IFBLK 0060000 块设备
S_IFDIR 0040000 目录
S_IFCHR 0020000 字符设备
S_IFIFO 0010000 管道
S_IFMT 0170000 掩码,过滤 st_mode中除文件类型以外的信息
if ((st_mode & S_IFMT)==S_IFREG) ----为真普通文件
if(S_ISREG(st_mode)) ------为真表示普通文件
if(S_ISDIR(st.st_mode)) ------为真表示目录文件
stat函数和lstat函数的区别
- 对于普通文件，这两个函数没有区别，是一样的
- 对于链接文件，调用lstat函数获取的是
链接文件本身的属性信息；而stat函数获取的是链接文件指向的文件的属性信息
2、目录相关函数
2.1、opendir函数
函数作用：打开一个目录
函数原型：DIR *opendir(const char *name);
函数返回值：指向目录的指针
函数参数：要遍历的目录（相对路径或者绝对路径）
2.2、readdir函数
函数作用：读取目录内容——目录项
函数原型：struct *readdir(DIR *dirp);
函数返回值：读取的目录项指针
函数参数: opendir函数的返回值
struct dirent
{
ino_t d_ino; // 此目录进入点的inode
off_t d_off; // 目录文件开头至此目录进入点的位移
signed short int d_reclen; // d_name 的长度, 不包含NULL 字符
unsigned char d_type; // d_name 所指的文件类型
char d_name[256]; // 文件名
};
d_type的取值:
DT_BLK - 块设备
DT_CHR - 字符设备
DT_DIR - 目录
DT_LNK - 软连接
DT_FIFO - 管道
DT_REG - 普通文件
DT_SOCK - 套接字
DT_UNKNOWN - 未知
3.3、closedir函数
函数作用：关闭目录
函数原型：int closedir(DIR *dirp);
函数返回值：
成功返回0
失败返回-1
函数参数：
opendir函数的返回值
读取目录内容的一般步骤
1 DIR *pDir = opendir(“dir”); //打开目录
2 while((p=readdir(pDir))!=NULL){} //循环读取文件
3 closedir(pDir); //关闭目录
3.4、dup函数
函数作用：复制文件描述符
函数原型：int dup(int oldfd);
函数参数：oldfd —— 要复制的文件描述符
函数返回值：
成功： 返回最小且没被占用的文件描述符
失败：返回-1，设置errno值
3.5、dup2函数
函数作用：复制文件描述符
函数原型：int dup2(int oldfd, int new fd);
函数参数：
old——原来的文件描述符
newfd——复制成新的文件描述符
函数返回值：
成功：将oldfd复制给newfd，两个文件描述符指向同一个文件
失败：返回-1，设置error值
假设newfd已经指向了一个文件，首先close原来打开的文件，然后newfd指向oldfd指向的文件
若newfd没有被占用，newfd指向oldfd指向的文件
3.6、fcntl函数
函数作用：改变已经打开的文件属性
函数原型: int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
若cmd为F_DUPFD, 复制文件描述符, 与dup相同
若cmd为F_GETFL, 获取文件描述符的flag属性值
若cmd为 F_SETFL, 设置文件描述符的flag属性
函数返回值:返回值取决于cmd
成功
若cmd为F_DUPFD, 返回一个新的文件描述符
若cmd为F_GETFL, 返回文件描述符的flags值
若cmd为 F_SETFL, 返回0
失败
返回-1, 并设置errno值.
fcntl函数常用的操作:
1 复制一个新的文件描述符:
int newfd = fcntl(fd, F_DUPFD, 0);
2 获取文件的属性标志
int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0)
3 设置文件状态标志
flag = flag | O_APPEND;
fcntl(fd, F_SETFL, flag)
4 常用的属性标志
O_APPEND-----设置文件打开为末尾添加
O_NONBLOCK-----设置打开的文件描述符为非阻塞
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