linux——文件IO

文件IO

基本概念

文件描述符：通过文件描述符可以找到文件的inode，通过inode可以找到文件的数据块
文件指针：读和写共享一个文件指针，读或者写都会引起指针的变化
文件缓冲区：读或者写会先通过文件缓冲区，主要目的是为了减少对磁盘的读写次数（缓冲区在内存，内存访问速度远远大于磁盘）

进程的虚拟地址空间分为用户区和内核区，其中内核区是受保护的，用户不能直接对其进行读写操作。内核区主要是内存管理、进程管理、设备驱动管理、虚拟文件系统。
进程管理中有一个区域是PCB（结构体：task_struct）——进程控制块

相关函数

• open

int open(const char* filename, int flags);
int open(const char* filename, int flags, mode_t mode);
param:
	filename: 文件名
	flag: 打开方式	O_RDONLY-只读
					O_WRONLY-只写
					O_RDWR-可读可写
					O_CREAT: 文件不存在时创建它，使用改参数时必须要加mode
文件的最终权限是：mode & (~umask)
可以用shell命令查看：umask
// 前三个必须有且只能有一个，剩下的可以是0或者多个，且只能是或
open(filename, O_RDWR | O_CREAT, 0777)
return:
	成功：返回一个最小且未被使用的文件描述符
	失败：返回-1，并设置errno

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• close

int close(int fd);
param:
	fd: 文件描述符
return:
	成功：0
	失败：-1，并设置errno

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• read

ssize_t read(int fd, void* buf, size_t count);
param:
	fd: 文件描述符
	buf: 读出来的数据保存在buf中
	count: buf缓冲区最大字节数
return:
	>0: 读取到的字节数
	=0: 文件读取完毕(读到文件结尾)
	<0: 出错，并设置errno

阻塞与非阻塞

阻塞和非阻塞不是read函数的属性，而是文件本身的属性

• 对于普通文件，read函数是非阻塞的（read函数在读完文件内容后，再次调用read函数会立刻返回）。
• 对于设备文件（/dev/tty），read函数是阻塞的（read函数会一直等待输入）。

/dev/tty为终端字符文件，该文件是对键盘，显示器的抽象，向该文件写入，则写入内容将被显示在显示器；读该文件，则将从键盘获得输入

非阻塞的例子

hello.txt里面有以下字符：
hello world\n

int main()
{
	int fd = open("hello.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0755);
	char buf[1024];
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	int n = read(fd, buf, sizeof(buf));
	printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	n = read(fd, buf, sizeof(buf));
	printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
	close(fd);
	return 0;
}

n==[11], buf==[hello word
]
n==[0], buf==[]
可以看到，一次性读完文件内容在调用read读取文件时，直接返回0，而不是阻塞在那里

阻塞的例子

int main()
{
	int fd = open("/dev/tty", O_RDWR);
	char buf[1024];
	memset(buf, 0, sizeof(buf));
	int n = read(fd, buf, sizeof(buf));
	printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
	close(fd);
	return 0;
}

会阻塞在终端，一直等待用户的输入，如果用户不输入，则一直阻塞

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• write

ssize_t write(int fd, const void* buf, size_t count);
param:
	fd: 文件描述符
	buf: 要写入的数据
	count: buf中数据的长度
return:
	成功: 写入的字节数
	失败: 返回-1, 并设置errno

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• lseek——移动文件指针

#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
param:
	fd: 文件描述符
	offset: 偏移量, 取决于whence
	whence: 	SEEK_SET-设置偏移量
				SEEK_CUR-设置相对当前的文件指针位置
				SEEK_END-设置相对于文件数据结尾（文件数据长度）偏移量
return:
	成功: 返回偏移量
	失败: 返回-1, 并设置errno

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• perror

// errno是每个进程都有的全局变量
#include<errno.h>
//perror()可以将errno对应的错误信息打印出来
perror(const char* msg);
such as----<msg: 错误信息>

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• stat/lstat——获取文件属性

//加了const一定是出参，不加可能是出参也可能是出参
int stat(const char* pathname, struct stat* buf);
param:
	pathname: 文件名
	buf: stat结构体，出参
return:
	成功: 0
	失败: -1
stat结构体成员可以用: man 2 stat 来查看
/*
对于普通文件来说，lstat和stat函数一样
对于软链接文件来说，lstat获取的是链接文件本身的属性；stat获取的是链接文件指向的文件的属性
*/

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• dup

int dup(int oldfd);
param:
	oldfd: 要复制的文件描述符
return:
	成功：返回最小且未被使用的文件描述符
	失败：返回-1，并设置errno
//newfd和oldfd都指向了同一个文件，内核会维护一个计数，这个计数会加1，只有当计数为0时，文件才会被关闭。

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• dup2

int dup2(int oldfd, int newfd);
param:
	oldfd: 原来的文件描述符
	newfd: 新的文件描述符
return:
	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，并设置errno

当调用dup2函数后，若newfd已经打开了一个文件，则先关闭这个文件，然后newfd指向了和oldfd相同的文件
可以利用dup2实现文件重定向：
dup2(fd, STDIN);

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• fcntl——改变已经打开的文件属性

int fcntl(int fd, int cmd, ...);
param:
	fd: 文件描述符
	cmd:	F_DUPFD-复制文件描述符，同dup
			F_GETFL-获取文件描述符的flag属性
			F_SETFL-设置文件描述符的flag属性
return:
	cmd为F_DUPFD时：返回新的文件描述符
	cmd为F_GETFL时：返回文件描述符的flag值
	cmd为F_SETFL时：返回0
	失败：返回-1，并设置errno
复制文件描述符：newfd = fcntl(fd, F_DUPFD, 0);
获取文件的属性标志：flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
设置文件状态标志：	flag = flag | O_APPEND;
				fcntl(fd, F_SETFL, flag);

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• opendir, readdir, closedir

读取目录的一般步骤：
DIR *pDir = opendir("dir");
while((p=readdir(pDir)) != NULL) { }
closedir(pDir);

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