嵌入式Linux C编程 04

转载 于 2017-06-25 12:35:00 发布 · 129 阅读 · 0 ·
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#操作系统 #嵌入式 #运维

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5.1.1、虚拟文件系统

第一层、虚拟文件系统（VFS）

第二层、各种不同的具体的文件系统

VFS就是把各种具体的文件系统的公共部分抽取出来，形成一个抽象层，是系统内核的一部分。

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查看系统支持哪些文件系统：

# cat /proc/filesystems
5.1.2、通用文件模型

VFS的主要目的在于引入了一个通用的文件模型（Common File Model），这个模型的核心是4个对象类型，即超级块对象（Superblock Object）、索引节点对象（Inode Object）、文件对象（File Object）和目录项对象（Dentry Object）。

  • 超级块：Super Block，存放系统中已安装文件系统的有关信息。
  • 索引节点：Inode，对应于存放在磁盘上的文件控制块（File Control Block）。文件->索引节点->索引节点号->唯一标识
  • 文件对象：File Object，存放打开文件与进程之间进行交互的有关信息，是进程与文件系统的桥梁。
  • 目录项：Dentry，存放目录项与对应文件链接的信息。

104005_dm3P_877598.png

1、超级块对象

用来描述整个文件系统信息。VFS超级块是由各种具体的文件系统在安装时建立的，只存在于内存中。

超级块对象通过alloc_super()函数创建并初始化。在文件系统安装时，内核会调用该函数以便从磁盘读取文件系统超级块，并且将其信息填充到内存的超级块对象中。

2、索引节点对象

文件系统中处理文件所需要的信息都放在索引节点对象里。文件名可以随时更改，但是索引节点是唯一的。

类型：

  • 磁盘文件：狭义的磁盘上存储的文件、数据文件、进程文件
  • 设备文件：
  • 特殊节点

inode有一个唯一的i_ino节点号。每个文件都有一个文件主，指文件的创建者，可改变。每个用户都有用户组，因此inode结构中应有i_uid、i_gid，指明身份权限。

inode中还有两个设备号i_dev和i_rdev，分别代表主设备号和从设备号。

节点的管理：

  • 未使用索引节点的链表：用变量inode_unused表示。
  • 已使用索引节点的链表
  • 脏索引节点列表：Hash表。

5.1.3、Linux下的设备文件

  • 字符设备
  • 块设备

字符设备：以字节为单位逐个进行I/O操作的设备。不支持随机访问。

块设备：利用一块系统内存作为缓冲区。先缓冲区，后实际I/O操作。

 

5.2.1、不带缓存的文件I/O操作

1、文件描述符，非负整数。

2、open 和 close

#include <fcntl.h>

int open(const char *pathname,    /*被打开的文件名*/
         const char flags,        /*文件打开的方式*/
         int perms)               /*被打开文件的存取权限，八进制*/

// 成功：返回文件描述符
// 失败：-1

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#include <unistd.h>

int close(int fd);    /*fd为文件描述符*/

// 成功：0
// 出错：-1
// 调用示例

int fd = open("/tmp/hello.c", O_WRONLY | O_CREATE | O_TRUNC, 0666);

close(fd);

3、read、write和lseek

#include <unistd.h>

size_t read/write (int fd,          /*文件描述符*/
                   void *buf,       /*缓冲区*/
                   size_t count);   /*字节数*/

// 成功：实际字节数
// 已达文件尾（读）：0
// 出错：1
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

off_t lseek(int fd,          /*描述符*/
            off_t offset,    /*偏移量，单位是字节，可正可负*/
            int whence);     /*基点*/

// 成功：文件的当前位置
// 出错：-1

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char buf_write[] = "abcdefg";
char buf_read[10];
int fd = open("/tmp/hello.c", O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 0666);
int len = strlen(buf_write) + 1;
int size = write(fd, buf_write, len);
lseek(fd, 0, SEEK_SET);
size = read(fd, buf_read, len);

4、fcntl

复制现有描述符，获得/设置文件描述符标记，获得/设置文件状态标记。获得/设置异步I/O所有权及获得/设置记录锁。

文件锁包括建议性锁和强制性锁。

锁函数，lockf 和 fcntl，lockf施加建议性锁，而fcntl不仅可以施加建议性锁，还可以施加强制性锁。还可以实现记录锁。

记录锁：

  • 读取锁（共享锁）
  • 写入锁（排斥锁）
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd,           /*文件描述符*/
          int cmd,          /*不同的命令*/
          struct flock *lock);     /*设置记录锁的具体状态*/

// 成功：0
// 出错：-1

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/*lock结构*/

struct flock
{
    short l_type;
    off_t l_start;
    short l_whence;
    off_t l_len;
    pid_t l_pid;
}

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加锁整个文件常用的方法是将l_start说明为0，l_where说明为SEEK_SET，l_len说明为0。

5、select

fcntl函数解决了文件的共享问题，接下来处理I/O多路复用。

I/O处理模型：

  • 阻塞I/O模型：进程睡眠
  • 非阻塞模型：不睡眠，返回一个错误。通常采用轮询处理多路I/O，耗费CPU资源。
  • I/O多路复用模型：把需要处理的多路I/O交由内核监控后睡眠。就绪时，被唤醒处理。
  • 信号驱动I/O模型：不轮询也不阻塞。I/O就绪时，内核发送SIGIO信号给进程，进程在信号处理函数中完成操作。
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>

int select(int numfds,         /*需要检查的最大的文件描述符+1*/
           fd_set * readfds,   /*监视的读文件描述符集合*/
           fd_set * writefds,  /*监视的写文件描述符集合*/
           fd_set * exeptfds,  /*监视的异常处理文件描述符集合*/
           struct timeval *timeout);  /*等待时间*/

// 成功：已就绪的文件描述符的数量
// 出错：-1

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struct timeval
{
    long tv_sec;
    long tv_usec;
}
5.2.2 标准I/O

前述文件的I/O都是基于文件描述符的不带缓存的操作。标准I/O都是基于流的，符合ANSI C的操作。

又称高级磁盘I/O，是在文件I/O的基础上进行了封装。

  • 全缓冲
  • 行缓冲
  • 无缓冲

1、FILE指针

标准I/O为每个打开的文件在内存中开辟一个区域，用来存放文件的相关信息。这些信息被保存在一个由系统定义的结构体类型FILE中。在标准I/O中，流（stream）用FILE *来描述，所有的操作都是围绕流来进行的。

in <stdio.h>
typedef struct _IO_FILE FILE;

in <libio.h>

struct _IO_FILE
{
    int _flags;
    ...
    int _fileno;
    ...
};

标准I/O库中预定义了3个流：标准输入（stdin）、标准输出（stdout）和标准错误（stderr）。当一个程序执行时，系统自动打开这3个流，并且可以在程序中直接使用。

2、打开流

打开文件有3个标准函数，分别为fopen、fdopen和freopen。

fopen指定打开文件的路径和模式；fdopen指定打开的文件描述符和模式；freopen还可指定特定的I/O流。

#include <stdio.h>

FILE * fopen(const char * path,
             const char * mode);

FILE * fdopen(int fd,
              const char * mode);

FILE * freopen(const char * path,
               const char * mode,
               FILE * stream);

// 成功：指向FILE的指针
// 失败：NULL

121859_K0zo_877598.png

#include <stdio.h>

int fclose(FILE * stream);

// 成功：0
// 失败：EOF(-1)

4、按字符读/写文件

#include <stdio.h>

int fgetc(FILE * stream);
int getc(FILE * stream);
int getchar(void);
int fputc(int c, FILE * stream);
int putc(int c, FILE * stream);
int putchar(int c);

// 成功：字符
// 失败：EOF

5、按行读/写文件

#include <stdio.h>

char *fgets(char *s, int n, FILE *stream);
int fputs(const char *s, FILE *stream);
int puts(const char *s);

// fgets 成功：缓冲区地址，失败：NULL
// fputs 成功：字符串长度，失败：EOF
// puts 成功：字符串长度+1，失败：EOF

6、按指定格式读/写文件

通常处理二进制文件。

#include <stdio.h>

size_t fread/fwrite(void * ptr,       /*缓冲区*/
                    size_t size,      /*读取的记录大小*/
                    size_t nmemb,     /*读取的记录数*/
                    FILE * stream);   /*文件流*/

// 成功：实际对象数量
// 失败：EOF

7、刷新流

#include <stdio.h>

int fflush(FILE * stream);

// 成功：0
// 失败：-1

8、文件定位

#include <stdio.h>

void rewind(FILE * stream);
int fseek(FILE * stream,
          long offset,
          int whence);
long ftell(FILE * stream);

// fseek 成功：0，失败：-1
// ftell 成功：文件当前位置，失败：-1L
5.3、Linux下对文件和目录的操作
5.3.1、文件类型
  • 目录文件（directory file）：
  • 普通文件（regular file）：
  • 字符设备文件（character device file）：
  • 块设备文件（block device file）：
  • FIFO：进程间通信
  • 套接字（socket）：
  • 符号连接（symbolic link）：
5.3.3、获取文件属性

stat/fstat/lstat函数

#include <sys/types/h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int stat(const char *filename, struct stat *buf);
int fstat(int fd, struct stat *buf);
int lstat(const char *filename, struct stat *buf);    /*支持符号链接*/

struct stat
{
    dev_t st_dev;   // 文件所在的设备名称
    ino_v st_ino;   // 文件对应的i节点号
    mode_t st_mode; // 文件模式
    nlink_t st_nlink; // 硬链接个数
    uid_t st_uid;    // 文件创建者ID
    gid_t st_gid;    // 文件创建者组ID
    dev_t st_rdev;   // 设备类型
    off_t st_size;   // 文件大小
    blksize_t st_blksize; // 块大小
    blkcnt_t st_blocks; // 块个数
    time_t st_atime;  // 上次访问时间
    time_t st_mtime;  // 上次修改时间
    time_t st_ctime;  // 上次改变状态时间
}

st_mode

// 成功：0
// 失败：-1，并设置errno

164812_PS0T_877598.png

struct stat buf;

fstat("./data", &buf);
switch(buf.st_mode & S_IFMT)
{
    case S_IFREG: printf("regular file\n"); break;
    case S_IFDIR: printf("directory\n"); break;
    default: printf("other file types\n); break;
}
5.3.4、修改文件访问权限

chmod/fchmod函数

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

int chmod(const char *filename, mod_t mode);
int fchmod(int fd, mode_t mode);

// 成功：0
// 失败：-1，并设置errno
chmod("./data", S_IRWXU|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IROTH);
5.3.5、创建目录

mkdir函数

#include <sys/stat.h>

int mkdir(const char *filename, mode_t mode);

// 成功：0
// 失败：-1，并设置errno

mkdir("mydir", 0755);
5.3.6、创建链接文件
#include <unistd.h>

int link(const char *path1, const char *path2);  /*创建硬链接path2*/
int symlink(const char *path1, const char *path2); /*创建符号链接path2*/

// 成功：0
// 失败：-1，并设置errno

link("./data", "./data1");
symlink("./data", "./data2");
5.3.7、删除文件

unlink/remove函数

#include <unistd.h>

int unlink(const char *filename);
int remove(const char *filename);

// 成功：0
// 失败：-1，并设置errno

unlink("./data");

5.3.8、重命名文件

#include <unistd.h>

int rename(const char *old, const char *new);

// 成功：0
// 失败：-1，并设置errno

rename("./data_old", "./data_new");

 

 

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