AUP学习笔记--基本的I/O系统调用

  最近在读高级unix编程一书，没事就写写总结吧，把一些重点内容记录下来，以后要复习或者找资料的话还可以省点时间，闲话不多说，unix下系统编程我想跟Linux下的应该没什么区别，一般说来我会直接在linux下进行实验，说到这里，前些天把自己的本整成了双系统，分了六十G给fedora16，使用GNOME3感觉很清爽，界面也很炫，一些工作上用到的toolchain也配置好了，还以为有多么复杂，没想到只需要改个路径就可以~！这章的内容应该是在十天前看的，主要内容也就是几个系统调用函数的使用，包括open/creat/close/read/write/lseek/umask/unlink，这些应该是用的比较多的了，其他的比如pread/pwrite/readv/writev这几个好像见得不多，没有太细看，大概知道是干嘛的，下面具体说说这几个函数的用法：

1.open

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

/* Return fd or -1 on error,set errno */
int open(const char *path, /* file path name */  int flags, /* open flags */mode_t perms /* permissions(when creating) */);

可以用open来打开一个已经存在的文件（普通文件、特殊文件或命名管道）或者创建一个新的文件，但只能创建普通文件。文件一旦打开的话，open以及相关的read、write、lseek、close调用就可以使用返回的文件描述符。

flags的取值：

O_RDONLY  以只读方式打开文件，O_WRONLY 以只写方式打开文件，O_RDWR 以可读写方式打开文件

对于一个已经存在的文件，参数perms是没有用的，通常省略，文件偏移量（读写用到的）位于文件的第一个字节，比如打开一个存在的文件：

int fd;
fd = open("/home/rudyn/tmpfile", O_RDONLY);

用open创建一个新的文件，需要在flags中加入标志O_CREATE，当然还要结合O_WRONLY或者O_RDWR一起用，不然的话创建的文件就是个只读的，意义不大，这个时候perms参数就要用得上了：

fd = open("/home/rudyn/tmpfile", O_RDWR | O_CREATE, PERM_FILE);

如果需要创建一个新的、没有任何内容的文件，或者说该文件存在，但是要将其数据清涂并置文件偏移量为0，那么flag：O_TRUNC可以实现这种功能。因此可以在上句中加入这个标志，不过O_TRUNC会破坏文件的数据，因此只要相应的进程具有写的权限，那么它就可以清除文件的内容，也就是对O_RDONLY的文件不起任何作用。

2.creat

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int creat(
const char *file_path, /* path name */
mode_t perms /* permissions */
);
/* return fd or -l on error */

实际上，creat只是一个宏定义：

#define creat(path, perms) open(path, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, perms)

标志：O_EXCL，如果它和O_CREAT标记一起使用，文件若存在，则创建文件操作失败，如果没有用O_CREAT，open的操作是文件存在则打开，文件不存在则失败，而和O_EXCL|O_CREAT这个标志用的时候，open的结果将会是：文件不存在，则创建否则失败。

这章中还讲到了用文件当锁的内容，通过O_EXCL这个标志来实现，判断文件的存在性来控制进程的状态，虽然书中也说效率低，但是也是一种思想！

3.unlink

#include <unistd.h>

/* Return 0 on success or -1 on error */
int unlink(
  const char *path; /* path name */
);

unlink能从目录中删除链接，并将信息节点所引用的文件链接数减一，如果链接数减到零，文件系统将删除这个文件它所占用的磁盘空间可再次被利用，信息节点也可被重用。它可以解除任何类型的文件，但是只有超级用户才可以解链目录，不过解链目录还是应该用rmdir()。
4.umask

#include <sys/stat.h>

mode_t umask(
mode_t mask; /* new mask value */
);
/* Return previous mask  */

linux中新创建的文件都有个默认的文件权限，它由九个位决定，比如某文件：-rwx-r-x-r-x，用数字表示为755，那么系统的默认umask值（对于文件来说）就是：022，umask是为了设置和得到文件模式的创建掩码，umask不会返回error，它总返回之前的值。

5.mkstemp和tmpfile

这两件函数是标准C中的内容，不再说了，回头翻下C标准库就行，它们用于创建一个临时的文件。

6.文件偏移量以及标志O_APPEND

文件打开的时候，如果没有偏移标志指定，其偏移量为零，读或写都会自动改变偏移量，文件偏移量是下一次读或写文件的位置，但是目录、套接字、命名管道和符号链接文件都没有文件偏移量。当文件以O_APPEND标志打开时，进行的读写操作都将通过隐含的lseek将文件偏移量设置在文件末尾，而不会覆盖前面的内容。
7.lseek

#include <unistd.h>

off_t lseek(
int fd,           /* file descriptor */
off_t pos,     /* position */
int whence   /* interpretation */
);
/* Return new fd or -1 on error */

参数whence取值：

SEEK_SET      将该文件偏移量设置到pos参数

SEEK_CUR    将该文件偏移量设置为其当前值加pos参数，pos可为正数，负数或0，0是查找当前文件偏移量

SEEK_END    将该文件偏移量设置为文件长度加pos参数，pos可为正数，负数或0，0是将文件偏移量设置为文件结尾

lseek最常用的三种方式：

(1).查找文件某个绝对位置

lseek(fd, offset, SEEK_SET);

(2).查找文件末尾

lseek(fd, 0, SEEK_END);

(3).查找文件偏移量当前位置

off_t cur_pos;
cur_pos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

8.read

#include <unistd.h>

ssize_t read(
int fd,        /* file descriptor */
void *buf,  /* buf for receiving data */
size_t nbytes  /* total to read */
);

read从fd描述的打开文件中读取nbytes数据至buf中。从当前文件偏移量开始读，完成读操作后，文件偏移量将增加所读字节数。返回值是所读字节数、文件结束标志0或者错误标志-1，读不受O_APPEND影响。如果需要读所有的数据，最好通过循环调用read，后面有个copy file的例子说明这一点。

9.write

#include <unistd.h>

ssize_t write(
int fd,    /* file descriptor */
const void *buf,  /* data to write */
size_t nbytes     /* total to write */
);
/* Return number of bytes written or -1 on error */

write将buf指缓冲区的nbytes字节写入fd所打开的文件中，写操作从文件偏移量当前位置开始，完成之后移动文件偏移量，若写入成功，返回已写的字节数，出错为-1。

10.close

#include <unistd.h>

int close(
    int fd     /* file descriptor */
);
/* return 0 on success or -1 on error */

close没有做任何工作，仅仅使文件描述符可重用，删除打开的文件描述。

最后，附上两个文件读写的小程序，可以比较，帮助更好的理解系统调用：

File Copy A：

#define BUFSIZE 512

void file_copy_a(char *src, char *dst)
{
    int src_fd = -1, dst_fd = -1;
    ssize_t byte_read;
    char buf[BUFSIZE] = {0};

    if (-1 == (src_fd = open(src, O_RDONLY)))
    {
        perror("File open error!\n");
        goto end;
    }

    if (-1 == (dst_fd= open(dst, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC)))
    {
        perror("File create error!\n");
        goto end;
    }

    while ((byte_read = read(src_fd, buf, sizeof(buf))) > 0)
    {
        if (write(dst_fd, buf, byte_read) != byte_read)
        {
            perror("write error!\n");
            goto end;
        }
    }

    if (byte_read == -1)
    {
        perror("read error!\n");
        goto end;
    }
    
end:
    if(src_fd > 0)
    {
        close(src_fd);
    }
    
    if(dst_fd > 0)
    {
        close(dst_fd);
    }

}

File Copy B:

#define BUFSIZE 512

void file_copy_B(char *src, char *dst)
{
    int src_fd = -1, dst_fd = -1;
    ssize_t byte_read, byte_write, n;
    char buf[BUFSIZE] = {0};

    if (-1 == (src_fd = open(src, O_RDONLY)))
    {
        perror("File open error!\n");
        goto end;
    }

    if (-1 == (dst_fd= open(dst, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC)))
    {
        perror("File create error!\n");
        goto end;
    }

    while ((byte_read = read(src_fd, buf, sizeof(buf))) > 0)
    {
        byte_write = 0;
        do
        {
            if((n = write(dst_fd, &buf[byte_write], byte_read - byte_write)) < 0)
            {
                perror("write error!\n");
                goto end;
            }
            byte_write += n;
            
        }while(byte_write < byte_read);
    }

    if (byte_read == -1)
    {
        perror("read error!\n");
        goto end;
    }
    
end:
    if(src_fd > 0)
    {
        close(src_fd);
    }
    
    if(dst_fd > 0)
    {
        close(dst_fd);
    }

}