Unix环境高级编程---文件I/O

以你之姓@ 2022-07-15 00:11 226阅读 0赞

学习了一段时间Unix环境编程了，看到进程和线程这部分感觉之后，就感觉进步比较缓慢，所以在缓慢的过程中，希望可以多前面的知识进行一定的复习和巩固，希望以写的方式，加深对前面知识的理解。从第三章到第五章都是和文件和I/O相关的。这章总结的是第三章的相关内容。

## 文件描述符 ##

在Unix系统中，或者对于更加属性的Linux系统中，所有的设备都是用文件来统一定义的。文件描述符就是对文件的一种标识，所有的打开文件都通过文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。所有对文件的操作，比如读写，都可以通过文件描述符来对文件实施操作。

在Unix系统中，或者对于大多数操作系统中，定义了三个常用的文件描述符。

*  文件描述符0与标准输入相关联
 *  文件描述符1与标准输出相关联
 *  文件描述符2与标准错误相关联
 *  在<unistd.h>中，将0,1,2定义了更具有可读性之的符号常量，STDIN\_FILENO，STDOUT\_FILENO,STDERR\_FILENO

## 文件的打开，创建以及关闭 ##

文件的打开、创建和关闭有以下函数原型

#include<fcntl.h>
    int open(const char *path, int oflags, mode_t mode)
    int openat(int fd, const char *path,int oflags, mode_t mode)

文件的打开、创建是在头文件fcntl.h中定义的。其中对**open函数而言**，参数的含义是：

*  第一个参数为路径名
 *  第二个参数为文件状态标志：

> **O\_RDONLY**或0：可读
> 
> **O\_WRONLY**或1：可写
> 
> **O\_RDWR**或2：可执行
> 
> **O\_APPEND**：每次写时都加到文件的尾部
> 
> **O\_CREAT**：若此文件不存在则创建它，使用此选项时，需同时说明第三个参数mode，用其说明该新文件的存取许可权位
> 
> **O\_EXCL**：如果同时指定了O\_CREAT,而文件已经存在，则出错，这可测试一个文件是否存在，如果不存在则创建此文件成为一个原子操作
> 
> **O\_TRUNC**：如果此文件存在，而且为只读或只写成功打开，则将其长度截短为0
> 
> **O\_NOCTTY**：如果pathname指的是终端设备，则不将此设备分配作为此进程的控制终端
> 
> **O\_NONBLOCK**：如果pathname指的是一个FIFO，一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选择项为此文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式
> 
> **O\_SYNC**：使每次write都等到物理I/O操作完成

*  **第三个参数一般为文件权限，第三个参数一般在创建新文件才会使用这个参数。即第二个参数选择为O\_CREAT**

> **S\_IRWXU**,0700：代表该文件所有者具有可读，可写，可指向的权限
> 
> **S\_IRUSR**或S\_IREAD,0400：代表该文件所有者具有可读取的权限
> 
> **S\_IWUSR**或S\_IWRITE,0200：代表该文件所有者具有可写入的权限
> 
> **S\_IXUSR**或S\_IEXEC,0100：代表该文件所有者具有可指向的权限
> 
> **S\_IRWXG**,0070：代表该文件用户组具有可读，可写，可执行的权限
> 
> **S\_IRGRP**,0040：代表该文件用户组具有可读的权限
> 
> **S\_IWGRP**,0020：代表该文件用户组具有可写的权限
> 
> **S\_IXGRP**,0010：代表该文件用户组具有可执行的权限
> 
> **S\_IRWXO**,0007：代表其他用户具有可读，可写，可执行的权限
> 
> **S\_IROTH**,0004：代表其他用户具有可读的权限
> 
> **S\_IWOTH**,0002：代表其他用户具有可写的权限
> 
> **S\_IXOTH**,0001：代表其他用户具有可执行的权限

**open函数和openat函数的区别在于：**

*  path函数指定的是绝对路径名的时候，fd参数可以被忽略，openat函数相当于open函数
 *  path函数指定的是相对路径名的时候，fd参数指出了相对路径名在文件系统中的开始地址，fd参数是通过打开相对路径名所在目录来获取。
 *  path参数指定了相对路径名，fd参数具有特殊值AT\_FDWD，这种情况下，路径名在当前目录中获取,这个时候两个函数功能类似。

看到这里的时候，个人本能的是蒙蔽的，主要是书上没有给出具体的例子，加上还没有接触第四章内容于是乎就去查阅了相关的资料。比如对于一个文件，其绝对路径名是home/effort/桌面/apue.3e/fileio/output.log。其目录路径为home/effort/桌面/apue.3e，那么fd指的就是目录的路径，path指代的就是output.log，简单的使用如下：

#include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <dirent.h>
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main()
    {
      DIR *dir;
      int dirfd2;
      int fd;
      int n;
    
      dir = opendir("../fileio");
      if(NULL == dir)
      {
        perror("open dir error");
        return -1;
      }
      dirfd2 = dirfd(dir);
      if(-1 == dirfd2)
      {
        perror("dirfd error");
        return -1;
      }
    
      fd = openat(dirfd2,"output.log",O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC);
      if(-1 == fd)
      {
        perror("opeat error");
        return -1;
      }
      n = write(fd,"Hello world!\n",15);
      
      close(fd);
      closedir(dir);
    
      return 0;
    
    }

运行程序之前，文件内容如下：

![20161026111114377][]  
运行之后：

![20161026111118939][]

## 文件的关闭 ##

文件的关闭的函数是在头文件unistd.h（很想知道，问啥不在一个统一的头文件里面），函数原型为：

#include<unistd.h>
    int close(fd)

当一个进程终止时，内核会自动关闭它所有打开的文件，很多时候都会利用这种功能而不显式地调用close关闭文件

## 文件的读写和定位 ##

当打开文件后，拥有对文件的读写的权限时，我们就可以对于文件进行读写了。很多时候，我们还面临着在文件不同的位置进行操作的需求，因此还需要对文件进行定位操作。文件的定位意思是将使文件读写从当前文件偏移量处开始。一般打开文件时，默认的情况下为0。

所谓的当前文件偏移量是用于度量从该文件开始处计算的字节数。可以调用lseek显式地打开一个文件设置偏移量。函数原型为：

#include<unistd.h>
    off_t lseek(int fd, off_t offset, int wherence)

其中offset和第三个参数wherence紧密相关，具体关系如下：

若***wherence***是**SEEK\_SET**，则文件偏移量设置为距当前文件开始处offset个字节

若***wherence***是**SEEK\_CUR**，则文件偏移量设置为距当前值加上offset，offset可负可正

若***wherence***是**SEEK\_END**，则文件偏移量设置为文件长度加offset，同样可负可正

若lseek调用成功，则返回新的文件偏移量。

#include <fcntl.h>
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main()
    {
        int fd;
        fd=open("./output.log",O_RDONLY);
        if(fd<0)
        {printf("can not open file");return -1;}
    
      off_t offset;
      offset=lseek(fd,0,SEEK_CUR);
      printf("%d\n",offset);
    
      offset=lseek(fd,0,SEEK_END);
      printf("%d\n",offset);
    }

其中output.log的内容为:hello

输出结果为：

![20161026114451032][]

从文件中读取数据，需要调用read函数，read函数模型为：

#include<unistd.h>
    ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes)

若read成功，则返回读到的字节数，如已到达文件末尾，则返回0. 读操作从当前偏移量开始，在成功返回之前，该偏移量将会增加实际读到的字节数。

向文件中写数据这需要write函数。

#include<unistd.h>
    ssize_t write(int fd, const void* buf, size_t nbytes)

若写成功，则返回实际写入的字节数，否则返回-1.所以一般判定写数据成功，不能单单只从-1来判断，而应该从返回实际的写入字节数和nbytes比较，相等则表示写入数据成功。

对于读写数据而言，都是从当前文件偏移量开始的，所以要锁定任意位置，lseek就可以发挥作用了。

此外还有一个问题，就是对于buf大小的选定。在APUE第三章对此内容进行了详细的解释：文件系统为ext4的磁盘长度为4096字节。经过测试，系统CPU时间最小为4096左右及以后的位置，因此很多时候，我们都看点BUFFSIZE为4096的原因了。

[20161026111114377]: /images/20220715/8574164c6a74477cb2ace2269395ec78.png
[20161026111118939]: /images/20220715/751ef1d187034f6fab9810af0eb68f1d.png
[20161026114451032]: /images/20220715/e4ea69e206f04445bfc2f6e9dce33317.png