文章目录
- 1.什么是I/O
- 2.文件描述符
- 3.文件系统调用
1.什么是I/O
- 输入/输出是主存和外部设备之间拷贝数据的过程
（1）设备——>内存（输入操作）
（2）内存——>设备（输出操作） - 高级I/O：标准C库
ANSI C提供的标准库称为高级I/O，通常也称为带缓冲的I/O - 低级I/O：系统调用IO
通常也称为不带缓冲的I/O
2.文件描述符
- 对于Linux而言，所有对设备或文件的操作都是通过文件描述符进行的
- 当打开或者创建一个文件的时候，内核向进程返回一个文件描述符(非负整数)。
后序对文件的操作只需通过该文件描述符，内核记录有关这个打开文件的信息。 - 一个进程启动时，默认打开了3个文件，标准输入、标准输出、标准错误，对应文件描述符是0（STDIN_FILENO），1（STDOUT_FILENO），2（STDERR_FILENO），这些常量定义在unistd.h头文件中。
- 注意：
标准C库访问文件，使用的是文件指针：FILE* fp 系统调用访问文件，使用int fp 系统调用 标准C库 STDIN_FILENO stdin STDOUT_FILENO stdout STDERR_FILENO stderr - 代码：P4fileno.c
#include <stdlib.h> #include <stdio.h> int main(void) { printf("fileno(stdin) = %dn", fileno(stdin)); return 0; } - 测试：
该文件指针对应的文件描述符为0
3.文件系统调用
- open系统调用
有几种方法可以获得允许访问文件的文件描述符。最常用的是使用open系统调用
（1）int open(const char *path, int flags); 参数： path：文件的名称，可以包含（绝对和相对）路径 flags：文件打开模式 返回值： 打开成功，返回文件描述符 打开失败，返回-1 （2） int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); 参数：文件的名称，可以包含（绝对和相对）路径 flags：文件打开模式 mode：用来规定对该文件的所有者，文件的用户组及系统中其它用户的访问权限 返回值： 打开成功，返回文件描述符； 打开失败，返回-1； - 代码：P4open.c
//下面的头文件来自man 2 open #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> // #define ERR_EXIT(m) (perror(m), exit(EXIT_FAILURE)) //等价于下面的一条一句，注意斜杠后面不能有空格,前面可以有空格 #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) int main(void) { int fd; //O_RDONLY只读方式打开 fd = open("test.txt", O_RDONLY); if (fd == -1) { fprintf(stderr,"open error with errno=%d_%sn", errno, strerror(errno));//错误输出方法1 perror("open error");//错误输出方法2 ERR_EXIT("open error");//错误输出方法3 exit(EXIT_FAILURE);//EXIT_FAILURE=1 } printf("open succn"); return 0; } - 测试：
- 代码：P4open2.c
//下面的头文件来自man 2 open #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) int main(void) { umask(0); int fd; fd = open("test.txt", O_WRDONLY| O_CREAT, 0666); if (fd == -1) { ERR_EXIT("open error"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("open succn"); return 0; } - 测试：
若注释掉umask(0)，则与预期设置的0666不一样，这是由于umask造成的
666去掉022的权限（6的权限是4和2，去掉2的权限就是4），所以最终是644
新创建的文件的权限是0666
- 打开方式总结
所有这些标志值的符号名称可以通过#include <fcntl.h>访问
- 代码：P4open3.c
//下面的头文件来自man 2 open #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) int main(void) { umask(0); int fd; //O_EXCL:如果文件存在则打开失败 fd = open("test.txt", O_WRDONLY| O_CREAT| O_EXCL, 0666); if (fd == -1) { ERR_EXIT("open error"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("open succn"); return 0; } - 测试：
不如数字创建方便
S_IRUSR,S_IWUSR,S_IXUSR组合在一起就是7，其它以此类推
- 访问权限总结：下面的访问权限在man 2 open中
- 代码：P4open4.c
//下面的头文件来自man 2 open #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) int main(void) { umask(0); int fd; //创建600权限 fd = open("test2.txt", O_WRDONLY| O_CREAT| O_EXCL, S_IRUSR|S_IWUSR); if (fd == -1) { ERR_EXIT("open error"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("open succn"); close(fd); return 0; } - 测试：
- open返回的错误码说明
若open返回的错误码是EMFILE 进程能够打开的文件数量 [root@host131 ~]# ulimit -n 1024 若open 返回的错误码是ENFILE 系统能够打开的文件数量，与内存有关 [root@host131 ~]# cat /proc/sys/fs/file-max 179974 - close系统调用
为了重新利用文件描述符，用close()系统调用释放打开的文件描述符
int close(int fd); 参数： fd：要关闭的文件的文件描述符 返回值： 如果出现错误，返回-1； 调用成功返回0 - creat系统调用
为了维持与早期的UNIX系统的向后兼容性
int creat(const char *path, mode_t mode); 参数： path：文件的名称，可以包含（绝对和相对）路径 mode：用来规定对该文件的所有者，文件的用户组及系统中其它用户的访问权限 返回值： 打开成功，返回文件描述符 打开失败，返回-1 fd=creat(file,mode); 完全等价于近代的open()调用 fd=open(file, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, mode); - read系统调用
一旦有了与一个打开文件描述符相连的文件描述符，只要该文件是用O_RDONLY或O_RDWR标志打开的，就可以用read()系统调用从该文件中读取字节
man 2 read
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); 参数： fd：想要读的文件的文件描述符 buf：指向内存块的指针，从文件中读取来的字节放到这个内存块中 count：从该文件复制到buf中的字节个数 返回值： 如果出现错误，返回-1； 读文件结束，返回0； 否则返回从该文件复制到规定的缓冲区中的字节数 - write系统调用：用write()系统调用将数据写到一个文件中
size_t是无符号整数，可以看成unsigned int ssize_t是有符号整数，可以看成是int ssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbyte); 函数参数： fd：要写入额文件的文件描述符 buf：指向内存块的指针，从这个内存块中读取数据写入到文件中 count：要写入文件的字节个数 返回值： 如果出现错误，返回-1 如果写入成功，则返回写入到文件中的字节个数 read与write的区别？
read操作表示将数据从磁盘读到缓冲区了
write操作并不意味着缓冲区的数据写入到磁盘中，除非指定O_SYNC选项来打开（O_SYNC：写操作将被阻塞，直到数据被写入到物理硬件上面，才会返回），或者调用fsync()函数来进行同步-
代码：P5copy.c
//下面的头文件来自man 2 open #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) //实现拷贝文件的功能 int main(int argc, char* argv[]) { int infd; int outfd; if (argc !=3 ) { fprintf(stderr, "Usage %s src dts", argv[0]); ERR_EXIT(EXIT_FAILURE); } infd = open(argv[1], O_RDONLY); if (infd == -1) ERR_EXIT("open src error"); if ((outfd = open(argv[2], O_WDONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644)) == -1) ERR_EXIT("open dst error"); //将infd的内容写入到outfd char buf[1024]; int nread; while ((nread = read(infd, buf, 1024) >0) { write(outfd, buf, 1024); } close(infd); close(outfd); return 0; } -
测试：
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文件的随机读写
（1）到目前位置的所有文件访问都是顺序访问。这是因为所有的读和写都是从当前文件的偏移位置开始，然后文件偏移值自动地增加到刚好超出读或写结束时的位置，使它为下一次访问做好准备
（2）有个文件偏移机制，在Linux系统中，随机访问就变得很简单，你所需做的只是将当前文件移值改变到有关的位置，它将迫使一次read()或write()发生在这一位置。（除非文件被O_APPEND打开，在这种情况下，任何write调用仍将发生在文件结束处） -
lseek
对应C函数库的fseek（功能一致），目的是进行随机读写；
功能：通过指定相对于开始位置、当前位置或末尾位置的字节数来重定位curp，这取决于lseek()函数中指定的位置
off_t lseek(int fd, off_t offset, int base); 参数： fd：需设置的文件标识符 offset：偏移量 base：搜索的起始位置 返回值： 返回新的文件偏移值 -
lseek中的搜索起始base位置
定义在<unistd.h>
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代码：P5hole.c
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) //空洞文件的eg int mian(void) { int fd; fd = open("hole.txt", O_WRONLY| O_CREAT| O_TRUNC, 0644); if (fd == -1) ERR_EXIT("open with error"); write(fd, "ABCDE", 5); int ret = lseek(fd, 32, SEEK_CUR); // int ret = lseek(fd, 1024*1024*1024, SEEK_CUR);//仅仅在内核操作，不会在磁盘IO进行操作 if (ret == -1) ERR_EXIT("lseek error"); write(fd, "hello", 5); close(fd); return 0; } -
测试：
当前偏移量为5
od -c XXX.txt查看空洞文件
磁盘最小块单元是4k，查看方法du -h XXXX.txt
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代码：P5hole.c
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) //空洞文件的eg int mian(void) { int fd; fd = open("hole.txt", O_WRONLY| O_CREAT| O_TRUNC, 0644); if (fd == -1) ERR_EXIT("open with error"); write(fd, "ABCDE", 5); // int ret = lseek(fd, 32, SEEK_CUR); int ret = lseek(fd, 1024*1024*1024, SEEK_CUR);//仅仅在内核操作，不会在磁盘IO进行操作 if (ret == -1) ERR_EXIT("lseek error"); write(fd, "hello", 5); close(fd); return 0; } -
测试：
使用ls -lh查看的文件大小为1G多，实际在磁盘上的数据并没有1G多。实际上1G多的空洞文件并不存放在磁盘上，只保存必要信息
一个文件的大小并不等于其在磁盘上所占用的空间
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opendir
功能：打开一个目录
原型： DIR *opendir(const char *name); 参数： pathname：文件的路径名，相对路径和绝对路径都行 返回值： 打开成功，返回一个目录指针 打开失败，则返回0 - readdir
功能：访问指定目录中下一个连接的细节
struct dirent* readdir(DIR *dirptr); 参数： dirptr：目录指针 返回值： 返回一个指向dirent结构的指针，它包含指定目录中下一个连接的细节； 没有更多连接时，返回0； - closedir
功能：关闭一个已经打开的目录
int closedir(DIr *dirptr) 参数： dirptr：目录指针 返回值：调用成功返回0，失败返回-1 - 目录信息结构体
struct old_linux_dirent { long d_ino; /* inode number */文件在目录中的偏移位置 off_t d_off; /* offset to this old_linux_dirent */ unsigned short d_reclen; /* length of this d_name */文件名称的长度 char d_name[NAME_MAX+1]; /* filename (null-terminated) */ name最重要 } - 代码：P5ls.c
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <dirent.h> #define ERR_EXIT(m) do { perror(m); exit(EXIT_FAILURE); } while(0) //编写简单的ls命令 int main(void) { DIR *dir = opendir(".");//打开当前目录 struct dirent *de; while ((de = readdir(dir)) != NULL)//man readdir { if (strncmp(de->d_name，"."， 1) == 0) continue; printf("%sn", de->d_name); } close(dir); exit(EXIT_SUCCESS);//等价于exit(0); } -
测试：
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其它：
mkdir系统调用：用来创建一个称为pathname的新目录，它的权限位设置为mode
rmdir系统调用：删除一个空目录
chmod和fchmod系统调用：用来改变给定路径名pathname的文件的权限位
文件的路径名：绝对路径，or相对路径
chown和fchown系统调用：用来改变文件所有者的识别号(owner id)或者它的用户组识别号(group ID)
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Makefile
.PHONY:clean all CC=gcc CFLAGS=-Wall -g BIN=01fileno 02open 03open 04open 05open 01cp 02lseek 03hole 04ls all:$(BIN) %.o:%.c $(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@ clean: rm -f *.o $(BIN) c/c++开发分享（P4-P5）文件与IO：open、close、creat、read、write地址：https://blog.csdn.net/u011436427/article/details/107325642
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