Unix/Linux编程：大文件IO

向右看齐 2022-10-15 01:53 243阅读 0赞

>  *  通常将存放文件偏移量的数据类型off\_t实现为一个有符号的长整型(之所以采用有符号数据类型，是要以-1来表示错误情况)。在32位体系架构中(比如x86-32)，这将文件大小置于  2 31 − 1 2^\{31\}−1 231−1个字节（即 2GB）的限制之下。
>  *  然而，磁盘驱动器的容量早已超出这一限制，也就是说32位Unix有处理超过2GB大小文件的需求。由于问题比较普遍，UNIX 厂商联盟在大型文件峰会（Large File Summit）上就此进行了协商，并针对必需的大文件访问功能，形成了对 SUSv2 规范的扩展。本节将概述 LFS 的增强特性。（完整的 LFS 规范定稿于 1996 年，可通过 http://opengroup. org/platform/lfs.html 访问。）

*  始于内核版本2.4，32位Linux系统开始提供对LFS的支持(glibc版本必须为2.2或更高)。
 *  另一个前提是，相应的文件系统也必须支持大文件操作。

大多数“原生”Linux 文件系统提供了 LFS 支持，但一些“非原生”文件系统则未提供该功能（微软的 VFAT 和 NFSv2 系统是其中较为知名的范例，无论系统是否启用了 LFS 扩展功能，2GB 的文件大小限制都是硬杠杠）。

> 由于 64 位系统架构（例如，Alpha、IA-64）的长整型类型长度为 64 位，故而 LFS 增强特性所要突破的限制对其而言并不是问题。然而，即便在64 位系统中，一些“原生”Linux 文件系统的实现细节还是将文件大小的理论值默认为不会超过 263−1 个字节。在大多数情况下，此限额远远超出了目前的磁盘容量，故而这一对文件大小的限制并无实际意义

应用程序可使用如下两种方式之一以获得 LFS 功能

*  使用支持大文件操作的备选API。该API由LFS设计，意在作为SUS规范的“过渡型扩展”。因此，尽管大部分系统都支持这一API，但这对于符号SUSv2或SUSv3规范的系统其实并非必须。这一方法现在已经**过时**了
 *  在编译应用程序时，将宏`_FILE_OFFSET_BITS`的值定义为 64。这一方法更为可取，因为符合 SUS 规范的应用程序无需修改任何源码即可获得 LFS 功能

# 过渡型LFS API #

要使用过渡型LFS API，必须在编译程序时但定义`_LARGEFILE64_SOURCE`功能测试宏，

*  该定义可以通过命令行指定，
 *  也可以定义于源文件中包含所有头文件之前的位置。

该 API 所属函数具有处理 64 位文件大小和文件偏移量的能力。这些函数与其 32 位版本命名相同，只是尾部缀以 64 以示区别。其中包括：fopen64()、open64()、lseek64()、truncate64()、stat64()、mmap64()和 setrlimit64()。

要访问大文件，可以使用这些函数的64位版本。比如，打开大文件：

fd = open64(name, O_CREAT | O_RDWR, mode);
    if(fd == -1){
        
    	exit(EXIT_FAILURE);
    }

> 调用open64()，相当于在调用open()时指定o-LARGEFILE标志。如果调用open()时未指定此标志，而且欲打开的文件大小大于2GB，那么调用将返回错误。

另外，除去上面提到的函数之外，过渡型LFSAPI还增加了一些新的数据类型，如下所示：

*  struct stat64：类似于 stat 结构，支持大文件尺寸。
 *  off64\_t：64 位类型，用于表示文件偏移量

// 访问大文件
    #include <fcntl.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <sys/uio.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <zconf.h>
    
    int main(int argc, char *argv[]){
        
        int fd;
        off64_t off;
    
        if (argc != 3 || strcmp(argv[1], "--help") == 0){
        
            printf("%s pathname offset\n", argv[0]);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
    
        fd = open64(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR);
        if (fd == -1){
        
            perror("open64");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
    
        off = atoll(argv[2]);
        if (lseek64(fd, off, SEEK_SET) == -1){
        
            perror("lseek64");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        if (write(fd, "test", 4) == -1){
        
            perror("write");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

![在这里插入图片描述][20210523100742419.png]

# \_FILE\_OFFSET\_BITS #

要获取 LFS 功能，推荐的作法是：

*  在编译程序时，将宏\_FILE\_OFFSET\_BITS 的值定义为64。做法之一是利用 C 语言编译器的命令行选项

cc -D_FILE_OFFSET_BITS =64 prog.c

*  另外一种方法，是在 C 语言的源文件中，在包含所有头文件之前添加如下宏定义

#define _FILE_OFFSET_BITS  64

所有相关的32位函数和数据类型将自动转换为64位版本。比如会将 open()转换为 open64()，数据类型 off\_t 的长度也将转而定义为 64 位。换句话说，**无需对源码进行任何修改，只要对已有程序重新编译，就能够实现大文件操作**

显然，使用宏\_FILE\_OFFSET\_BITS 要比采用过渡型的 LFS API 更为简单，但这也要求应用程序的代码编写必须规范（例如，声明用于放置文件偏移量的变量，应正确地使用 off\_t，而不能使用“原生”的 C 语言整型）

LFS规范对于支持\_FILE\_OFFSET\_BITS 宏未作硬性规定，仅仅提及将该宏作为指定数据类型off\_t大小的可选方案。一些 UNIX 实现使用不同的特性测试宏来获取此功能

> 若试图使用 32 位函数访问大文件（即在编译程序时，未将宏\_FILE\_OFFSET\_BITS 的值设置为 64），调用可能会返回 EOVERFLOW 错误。例如，为获取大小超过 2G 文件的信  
> 息，若使用 stat 的 32 位版本时就会遇到这一错误。

# 向 printf()调用传递 off\_t 值 #

LFS扩展功能没有解决的问题之一时，如何向printf()调用传递off\_t值。

对于预定义的系统类型(比如pid\_t、uid\_t)，展示其值可移植方法是将该值强制转换为long型，并在printf()中使用`%ld`。然而，一旦使用了LFS扩展功能，`%ld`将不足以处理off\_t数据类型，因为对该数据类型的定义可能会超出long类型的范围，一般为long long类型。

因此，如果要显式off\_t类型的值，则先要将其强制转换为long long类型，然后使用printf()函数的%lld限制符显式：

#define _FILE_OFFSET_BITS  64
    
    off_t offset
    
    printf("offset = %lld\n", (long long)offset);

在处理 stat 结构所使用的 blkcnt\_t 数据类型时，也应予以类似关注

如需在独立的编译模块之间传递 off\_t 或 stat 类型的参数值，则需确保在所有模块中，这些数据类型的大小相同（即编译这些模块时，要么将宏\_FILE\_OFFSET\_BITS 的值都定义为 64，要么都不做定义）。

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