Linux系统编程

第一章 Linux文件I/O

1.1 引言

  本章内容描述Linux系统的文件IO，Linux可用的文件IO函数有——打开文件、关闭文件、写文件等。linux系统中的大多数文件I/O子需要用到5个函数：open、read、write、lseek以及close。本章描述说明的函数经常被称为不带缓存的I/O(unbuffered I/O)。属术语不带缓存指的是每个read和write都调用内核的一个系统调用，这些不带缓冲的I/O函数不是ISO C的组成部分，但是它们是POSIX.1和Single UNIX Specigication的组成部分。

1.2 文件描述符

  对于内核而言所有打卡的文件都是通过文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。当打开一个现有文件或创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符fd。当要读写一个文件时将文件描述符传入read或者write。
  linux系统shell把文件描述符0与进程标准输入关联，文件描述符1与标准输出关联，文件描述符2与标准错误关联。
  在符合POSIX.1的应用程序中幻数0、1、2的使用应该替换成符号常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO ，这些常量被定义在头文件<unistd.h>内。

1.3 文件IO的API

• 打开和创建文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
/*******************************************************************************
 * open()函数用于打开文件
 * @pathname :要打开的文件名，包文件文件路径
 * @flags :打开文件的方式，支持以下几种：
 * 		O_RDONLY:以只读方式打开文件
 * 		O_WDONLY:以只写方式打开文件
 * 		O_RDWD	:以读写方式打开文件
 * 		O_EXRC	:只执行打卡
 * 		O_SEARCH:只执行搜索
 * 		O_TTY_INIT:打卡一个终端设备。设置非标准的terios参数值。
 * @mode :
 * @return :成功返回最小的文件描述符，失败返回-1
********************************************************************************/
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
/*******************************************************************************
 * create()函数用于创建文件，等效于：open(pathname, O_WRONLY|O_CREATE ,mode);
 * create()函数只能以只写方式创建文件。
 * @pathname :要打开的文件名，包文件文件路径
 * @flags 	:打开文件的方式，支持以下几种：
 * 		O_RDONLY:以只读方式打开文件
 * 		O_WDONLY:以只写方式打开文件
 * 		O_RDWD	:以读写方式打开文件
 * 		O_EXRC	:只执行打卡
 * 		O_SEARCH:只执行搜索
 * 		O_TTY_INIT:打卡一个终端设备。设置非标准的terios参数值。
 * @mode 	:
 * @return 	:成功返回只写文件描述符，失败返回-1
********************************************************************************/
int creat(const char *pathname, mode_t mode);
/*******************************************************************************
 * openat()函数用于打开文件,这个函数打开文件有三种可能：
 * 		1. pathname 指定绝对路径，在这种情况下dirfd参数没忽略openat相当于open;
 * 		2. pathname 指定相对路径，fd参数指出相对路径在文件系统中的开始地址。参数
 * 		   是通过打开相对路径名的目录来获取。
 * 		3. pathname 指定相对路径，fd参数具有特殊值AT_FDCWD，在这种情况下路径名在
 * 		   当前工作目录在获取，openat函数在操作上和open函数类似。
 * @pathname	:要打开的文件名，包文件文件路径
 * @flags	:打开文件的方式，支持以下几种：
 * 		O_RDONLY:以只读方式打开文件
 * 		O_WDONLY:以只写方式打开文件
 * 		O_RDWD	:以读写方式打开文件
 * 		O_EXRC	:只执行打卡
 * 		O_SEARCH:只执行搜索
 * 		O_TTY_INIT:打卡一个终端设备。设置非标准的terios参数值。
 * @mode		:
 * @return	:成功，返回大于0的文件描述符，失败雄小于0
********************************************************************************/
int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags);
int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode_t mode);

• 关闭文件

#include <unistd.h>
/*******************************************************************************
 * close()函数用于关闭文件
 * @fd:要关闭的文件的文件描述符
 * @return:成功返回0，失败返回-1，并设置errno
********************************************************************************/
int close(int fd);

• 文件偏移

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
/*******************************************************************************
 * lseek()函数设置文件偏移量，即文件读写开始的位置
 * @fd		: 文件描述符
 * @offset	: 文件偏移offset个位置
 * @whence	: 控制文件偏移位置的起点，有以下控制方式：
 * 		SEEK_SET:将该文件的偏移量设置为距文件开始处offset个字节
 * 		SEEK_CUR:将该文件的偏移量设置为文件当前位置加offset个字节，offset可正可负
 * 		SEEK_END:将该文件的偏移量设置为文件末尾加offset个字节，offset可正可负
 * return	： 成功返回新的文件偏移量，失败返回-1
********************************************************************************/
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

• 读取文件

#include <unistd.h>
/*******************************************************************************
 * read()函数用于读取文件，会更改文件偏移指针
 * @fd		: 文件描述符
 * @buf		: 存放读取的文件数据
 * @count	: 要读的文件字节数
 * return	：读到的字节数，读到文件末尾返回0，失败返回-1
 * -------------------------------------------------------------------------------
 * 1.读取终端设备时，通常一次最多读一行。
 * 2.读取网络数据时，网络的缓存机制可能造成返回值小于所要读取的字节数
 * 3.读取管道或者FIFO时,若管道包含的字节少于所需的数量，那么read返回实际的字节数
********************************************************************************/
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

• 写入文件

#include <unistd.h>
/*******************************************************************************
 * write()函数用于读取文件，会更改文件偏移指针
 * @fd		: 文件描述符
 * @buf		: 要写入文件的数据
 * @count	: 要写入的字节数
 * return	：成功返回写入的字节数，失败返回-1
********************************************************************************/
ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count);

文件共享

• 函数dup和dup2

#include <unistd.h>
/*******************************************************************************
 * dup()和dup2()函数用于读取文件，会更改文件偏移指针
 * @oldfd	: 文件描述符
 * @newfd	: 新的文件描述符
 * @return	: 成功返回新的文件描述符，失败返回-1
********************************************************************************/
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);

#define _GNU_SOURCE             /* See feature_test_macros(7) */
#include <fcntl.h>              /* Obtain O_* constant definitions */
#include <unistd.h>

int dup3(int oldfd, int newfd, int flags);

参考文献

[1] UNIX环境高级编程 中文第三版