【Linux】系统调用的文件操作

怼烎@ 2022-12-10 14:34 203阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  复习C文件IO操作
 *  系统调用的文件操作
 *   *  open
     *  write
     *  read
     *  lseek
     *  close
 *  文件描述符与文件流指针的关系
 *   *  文件描述符
     *  文件流指针

# 复习C文件IO操作 #

首先，复习一下C文件IO相关操作 ，参考之前的文章：  
[文件操作][Link 1]

# 系统调用的文件操作 #

## open ##

int open(const char* filename,int falgs,mode_t mode)

**参数解释：**  
filename:待打开的文件名称  
flags:以何种方式打开。  
必选项：三者任选其一，不能同时使用  
—>O\_RDWR：以读写模式打开；  
—>O\_RDONLY:以只读模式打开  
—>O\_WRONLY:以只写模式打开  
可选项：可以选择多个，附加使用  
—>O\_CREAT:如果文件不存在，则创建文件  
—>O\_TRUNC:打开文件之后截断文件（清空文件）  
—>O\_APPEND:以追加方式打开  
mode:对于新创建出来的文件，设置文件权限  
返回值：返回文件描述符

**代码实现：**

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>
    int main()
    {
        
        int ret=open("./linux84",O_RDWR|O_CREAT,0664);
        if(ret<0)
        {
        
            perror("open");
            return -1;
        }
        while(1)
        {
        
        	sleep(1);
        }
        printf("file oper ret=%d\n",ret);//ret=3
        return 0;
    }

**代码中问题1：为啥文件描述符（ret）是3？**  
首先，我们先查看进程pid：ps aux | grep \[文件名\]  
接着，查看进程打开的文件资源：cd/proc/\[pid\]/fd  
![在这里插入图片描述][20200926152203701.png_pic_center]  
启动任何一个程序，启动的进程，都会打开三个文件描述符，分别是标准输入，标准输出，标准错误，分别对应图中蓝色0,1,2。所以，当程序新打开的文件描述符，就会依次往下排布，占用了3(少数情况）。一般情况，遵循最小未占用规则，就是文件描述符从小到大依次往下排，哪个位置没有被占用，新打开的文件就会占用哪个，比如0被关闭掉了，1、2还在，那新打开的文件就会占用0的位置，而不是3。  
**代码中问题2:打开模式，不同的宏在组合时为什么要按位或？**  
查看宏定义：

#define O_RDONLY  00  00000000
    #define O_WRONLY  01  00000001
    #define O_RDWR    02  00000010
    #define O_CREAT   0100  0100000
    //第一列表示八进制数，第二列表示二进制数

想让一个文件既读写，又不存在的时候可以创建  
例如：O\_RDWR | O\_CREAT  
用按位或就可以实现：

//00000010  读写
    //01000000  创建
    //01000010  按位或结果，左边第一个bit位为1，表示以读写方式打开；左边第6个bit位为1，表示文件不存在则创建

**代码中问题3:0664是啥？**  
第一个0相当于8进制数字的起手式，相当于16进制的0x，后面数字为八进制数字，该数字含义是对新创建的文件设置文件权限。  
可复习前面的文章：[文件权限管理][Link 2]

## write ##

ssize_t write(int fd,const void*buf,size_t count)

fd:文件描述符  
buf:写入的数据  
count:写入是数据大小

## read ##

ssize_t read(int fd,void* buf,size_t count)
    
    int ret=open("./linux84",O_RDWR|O_CREAT,0664);
    char buf[10] = {
        0};
    read(ret,buf,sizeof(buf) - 1);

fd:文件描述符，从哪里去读  
buf:读到哪里去（程序员在代码当中定义的缓冲区）  
count:最大可以读多少字节。这里注意一定要预留\\0的位置，否则会导致在访问buf的时候，越界访问，可能导致程序崩溃。

## lseek ##

off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence)

fd:需要操作的文件描述符  
offset:偏移量  
whence:偏移到哪里去

## close ##

int close(int fd)
    
    close(0);
    int ret = -1;    
    ret = open("./linux84",O_RDWR|O_CREAT,0664);
    if(ret<0)
    {
        
        return -1;   
    }
    printf("file oper ret = %d\n",ret);
    return 0;

fd:文件描述符。  
如果一味的在程序当中打开文件，而不去关闭文件，最终会受到open files的限制

# 文件描述符与文件流指针的关系 #

fopen/fread/fwrite/fseek/fclose—>文件流指针—>C库当中的函数  
open/read/write/lseek/close—>文件描述符—>系统调用函数  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 文件描述符 ##

文件描述符就是一个正整数。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
1.文件描述符就是内核当中维护的fd\_array数组的下标，下标是从0开始的，所以文件描述符是一个正整数。  
2.当程序员操作文件的时候，其实就是通过文件描述符，找到fd\_array数组当中对应的元素，每一个元素都对应一个文件信息，内核通过操作数组元素对应的文件信息，找到对应的文件，从而实现文件操作。

## 文件流指针 ##

typedef struct _IO_FILE FILE

文件流指针的本质是一个结构体，而这个结构体是struct \_IO\_FILE  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
1.在进程终止，刷新缓冲区，其实刷新的是C库当中维护的缓冲区，并非是内核当中维护的。  
exit()—>刷新缓冲区—>C库函数  
\_exit()—>不会刷新缓冲区—>系统调用  
2.当我们在使用文件流指针的时候，其实文件流指针对应的数据结构内容也保存了对应的文件描述符，当使用文件流指针进行读写的时候，其实也是C库当中操作文件描述符来完成读写的。  
3.stdin,stdout,strerr每一个都对应一个struct \_IO\_FILE的结构体  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/zhao_leilei/article/details/106032459
[20200926152203701.png_pic_center]: /images/20221123/2fd4326afbb94df890abcdfa69899c26.png
[Link 2]: https://blog.csdn.net/zhao_leilei/article/details/107579204
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221123/1d3743a6aaf344ad82ca4687deff027d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221123/b9599e1ca16b4ef8b90c5f63bda14a99.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221123/8511db19bd4a47e19bc8cc08e9421b91.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poYW9fbGVpbGVp_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221123/b9d93804e2014e819fc59930324cf56a.png