Linux嵌入式开发中的基本文件操作函数open函数的介绍

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#linux #文件操作

于 2024-12-15 16:36:30 首次发布

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在Linux嵌入式开发中，一切皆是文件，对于这句话的理解，详情见 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/144488246

既然一切都是文件，那么就很有必须掌握文件操作的基本函数。

open()函数

请详细介绍下Linux嵌入式开发中的open函数。
答：
open 函数是 Linux 系统编程中用于打开文件或设备的一个重要系统调用。它在嵌入式开发中同样有广泛的应用，特别是在操作文件、设备文件、管道或特殊设备时。

`open` 函数的功能

open 函数用于打开文件（或创建文件），返回一个文件描述符（file descriptor，简称 FD），它是后续文件操作（如读写）所需的关键句柄。关于文件描述符的作用，请见我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/144918793

函数原型

在头文件 <fcntl.h> 中声明：

#include <fcntl.h>

int open(const char *pathname, int flags, ...);

参数说明

pathname
要打开的文件或设备文件的路径（可以是绝对路径或相对路径）。

关于参数pathname前面有个const声明的作用，见博文：
C语言中,const 关键字的本质作用是什么?const char *point1、char *const point2、const char *const point3的区别是什么？
flags
指定打开文件的方式和行为。该参数是一个或多个标志的组合，用 按位或 (|) 操作符连接。
- 访问模式（必选，互斥）：
  - O_RDONLY：只读模式打开文件。
  - O_WRONLY：只写模式打开文件。
  - O_RDWR：读写模式打开文件。
- 附加标志：
  - O_CREAT：如果文件不存在则创建文件（需配合第三个参数 mode）。
  - O_EXCL：与 O_CREAT 一起使用，表示文件已存在时返回错误。
  - O_TRUNC：打开文件时清空其内容（通常与写相关的模式一起使用）。
  - O_APPEND：以追加模式打开文件，写入的数据追加到文件末尾。
  - O_NONBLOCK：以非阻塞模式打开文件（常用于设备文件）。
  - O_SYNC：每次写操作都会立即同步到磁盘。
  - O_NOCTTY：如果路径是终端设备，打开时不会成为该设备的控制终端。
mode（可选，针对 O_CREAT 标志）
指定新创建文件的权限掩码（octal 值），例如：
- S_IRUSR（用户可读）
- S_IWUSR（用户可写）
- S_IXUSR（用户可执行）
一般组合方式为八进制，如 0664 表示用户可读写，组用户和其他用户可读。

返回值

成功：返回一个非负的文件描述符，用于后续操作。关于文件描述符的作用，请见我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/144918793
失败：返回 -1，并设置 errno 来指示错误原因。

常见用法示例

1. 打开文件进行只读操作

int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    perror("Error opening file");
    return -1;
}

2. 创建并打开文件

int fd = open("newfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
if (fd == -1) {
    perror("Error creating file");
    return -1;
}

3. 打开设备文件

int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY | O_NONBLOCK);
if (fd == -1) {
    perror("Error opening device");
    return -1;
}

嵌入式开发中的典型场景

访问设备文件
嵌入式系统中，许多硬件通过设备文件（如 /dev）映射。通过 open 函数，可以访问这些设备以读取或写入数据。
- 打开串口设备：/dev/ttyS*。
- 操作 GPIO：通常通过 /sys/class/gpio。
文件系统管理
在嵌入式系统中操作文件（如配置文件、日志文件）也依赖 open。
管道与通信
通过 open 操作命名管道（FIFO）或套接字文件，实现进程间通信。
特定文件系统访问
如 NFS、YAFFS 或 EXT 文件系统的文件访问。

注意事项

权限和安全性
使用 O_CREAT 创建文件时，需注意设置合理的 mode 掩码，以防止权限过宽。
文件描述符管理
每次成功调用 open，系统分配一个文件描述符，使用完毕后需通过 close 释放资源。
非阻塞与同步
对设备文件使用非阻塞模式时，需结合 poll 或 select 处理读写操作。
错误处理
常见的错误包括：
- EACCES：无权限访问。
- ENOENT：文件不存在（未使用 O_CREAT）。
- EEXIST：文件已存在但使用了 O_EXCL。