探秘Linux文件IO函数：解锁系统底层的文件操作密码

最新推荐文章于 2025-07-31 17:23:26 发布

大雨淅淅

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分类专栏： Linux开发文章标签： microsoft 服务器数据库

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三、文件的打开与创建：open 和 creat 函数

四、文件的读写操作：read 和 write 函数

（三）文件拓展与截断：truncate 和 ftruncate 函数

六、总结与展望

一、Linux 文件 IO 函数初相识

在 Linux 系统的世界里，文件操作是日常使用和系统管理的基础，而文件 IO 函数则是与内核交互进行文件操作的关键工具。无论是开发应用程序，还是进行系统脚本编写，熟练掌握 Linux 文件 IO 函数都能让你事半功倍。从简单的文件读取和写入，到复杂的文件权限管理和文件描述符操作，这些函数涵盖了文件处理的方方面面，是深入理解 Linux 系统运作的重要一环。

二、文件描述符：文件的数字身份证

在深入探讨文件 IO 函数之前，不得不先提及文件描述符，它是理解 Linux 文件操作的重要基石。

（一）什么是文件描述符

文件描述符是一个非负整数，就像是文件在系统中的 “数字身份证” ，是内核用于标识打开文件的方式。当一个进程打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核会返回一个文件描述符给进程。之后，进程在对文件进行各种操作，如读取、写入、关闭等时，都需要使用这个文件描述符来指定对应的文件。例如，你打开了一个文本文件，系统就会给这个打开的文件分配一个文件描述符，可能是 3、4 或者其他数字，后续你要读取这个文件的内容，就需要通过这个文件描述符来告诉系统你要操作的是哪个文件。在 Linux 系统中，一切皆文件，不仅普通文件，像管道、套接字等也都通过文件描述符来进行管理和操作，它是进程与文件、设备之间进行交互的关键接口。

（二）文件描述符的分配规则

在进程中，文件描述符的分配是有规律的。当进程打开一个文件时，文件描述符会从最小的未使用值开始分配。一般情况下，进程启动时会默认打开三个文件描述符：标准输入（0）、标准输出（1）和标准错误（2），所以新打开的文件描述符通常从 3 开始。例如，当你在一个 C 程序中依次打开多个文件时，第一个新打开的文件得到的文件描述符大概率是 3，第二个是 4，以此类推。每个进程都有一个文件描述符表，用于记录进程打开的文件描述符。在这个表中，从 0 开始依次寻找未被占用的位置，将其作为新文件描述符。

在 Linux 系统中，每个进程默认可以打开的文件描述符数量是有限制的，通常这个默认值是 1024 。但这个限制并不是固定不变的，你可以通过一些方法来查看和修改。比如使用ulimit -n命令可以查看当前进程可打开的最大文件描述符数量；若要临时修改，可以使用ulimit -n [新的数量]命令，不过这种修改只在当前会话有效。如果想要永久修改，可以通过编辑/etc/security/limits.conf文件来实现，在文件中添加或修改相应的配置项，如* soft nofile 65536和* hard nofile 65536，分别设置软限制和硬限制（软限制是当前系统生效的设置值，硬限制是系统中所能设定的最大值），修改完成后重新登录或使用source /etc/security/limits.conf使设置生效。

（三）特殊文件描述符

在文件描述符中，有三个特殊的存在，它们是标准输入（0）、标准输出（1）和标准错误（2）。标准输入（0）通常与键盘关联，当程序需要从外部获取数据时，默认从标准输入读取，比如在 C 语言中使用scanf函数读取用户输入的数据，就是从标准输入获取；标准输出（1）一般对应显示器，程序执行结果的输出默认通过标准输出展示在屏幕上，printf函数就是将内容输出到标准输出；标准错误（2）同样也是输出到显示器，主要用于输出程序运行过程中的错误信息，perror函数会将错误信息输出到标准错误。这三个特殊文件描述符在进程中起着至关重要的作用，它们是进程与用户交互以及获取程序状态信息的重要途径。在进行文件操作时，理解它们的作用和特性，能够帮助我们更好地编写程序，处理各种输入输出情况。

三、文件的打开与创建：open 和 creat 函数

在 Linux 文件操作中，打开现有文件和创建新文件是基础操作，而open和creat函数就是完成这些任务的关键工具。它们不仅能帮助我们实现文件的访问和创建，还能通过各种参数设置，满足不同的文件操作需求。

（一）open 函数详解

open函数在 Linux 文件 IO 中扮演着至关重要的角色，它就像是打开文件世界大门的钥匙，通过它可以以各种方式打开或创建文件，获取文件描述符，进而进行后续的文件操作。

1. 函数原型与参数解析

open函数有两个原型：

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

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

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

其中pathname是一个指向以 null 结尾的字符串指针，用于指定要打开或创建的文件路径名，可以是绝对路径（如/home/user/file.txt），也可以是相对路径（如file.txt，相对当前工作目录）。flags参数是一个整数值，用于指定打开文件的方式和行为，它是一个位掩码，可以使用逻辑或（|）操作符组合多个选项，常用的打开标志有：

O_RDONLY：以只读方式打开文件，只能读取文件内容，不能写入，如open("file.txt", O_RDONLY)。

O_WRONLY：以只写方式打开文件，只能向文件写入内容，不能读取，如open("file.txt", O_WRONLY)。

O_RDWR：以可读可写方式打开文件，既能读取文件内容，也能写入，如open("file.txt", O_RDWR)。

这三个标志是互斥的，只能选择其中一个。除此之外，还有一些可选标志，它们可以与上述三个基本标志组合使用：

O_CREAT：如果指定文件不存在，则创建这个文件。使用此标志时，需要同时指定mode参数，用于设置新文件的权限，如open("new_file.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644)。

O_EXCL：与O_CREAT一起使用，如果文件已经存在，则返回错误（-1），这可以用于检查文件是否存在并避免覆盖已有文件，如open("new_file.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0644)，若new_file.txt已存在，该操作会失败。

O_APPEND：每次写操作都将数据追加到文件的末尾，而不是覆盖原有内容，如open("log.txt", O_WRONLY | O_APPEND)，后续写入的数据会接着文件原有内容之后。

O_TRUNC：如果文件存在，并且以只写（O_WRONLY）或读写（O_RDWR）方式打开，则将文件内容清空，文件长度变为 0，如open("temp.txt", O_WRONLY | O_TRUNC)，会清空temp.txt的内容。

O_NOCTTY：如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端，这在一些特定场景下，避免程序意外将终端设备设为控制终端。

O_NONBLOCK：如果路径名指向 FIFO、块文件或字符文件，则把文件的打开和后继 I/O 设置为非阻塞模式，在非阻塞模式下，I/O 操作不会等待数据准备好，而是立即返回，提高程序的执行效率和响应性，常用于网络编程等场景。

mode参数是一个八进制数，用于在创建新文件时指定文件的权限，它由三个部分组成：所有者权限、组权限和其他用户权限，每个部分都可以有读（r，值为 4）、写（w，值为 2）和执行（x，值为 1）权限，例如，0644表示所有者具有读和写权限，组用户和其他用户具有读权限；0755表示所有者具有读、写和执行权限，组用户和其他用户具有读和执行权限。实际创建文件时的权限还会受到umask值的影响，最终文件权限是mode与umask按位取反后的结果。例如，umask值为0022，mode为0666，则实际创建文件的权限为0644（0666 & ~0022）。