Linux环境高级编程：文件IO

这里提到的文件IO操作指不带缓存的IO操作,也就是说这里提到的函数的实现都是通过系统调用实现的,而不是直接对IO端口操作实现的。

Linux环境高级编程：文件IO - xiahouzuoxin - 博客频道 - http://wendang.chazidian.com 这里提到的文件IO操作指不带缓存的IO操作，也就是说这里提到的函数的实现都是通过系统调用实现的，而不是直接对IO端口操作实现的。

1、文件描述符（File Discriptor，fd）——Linux文件的身份证号码

文件描述符是一个非负的整数，当打开一个文件或创建一个文件时，内核向进程返回一个标识该文件的整数，即fd。注意，若文件不被创建打开（即没有载入进程），是没有文件描述符可言的。 必需明确一个概念：LInux中的一切即是文件。因此对于特殊的文件有特殊的文件描述符。 特殊文件描述符：0——标准输入，1——标准输出，2——标准错误输出。

2、open函数

#include

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

返回值：文件描述符fd

oflag可选值：

（1）不能进行或运算的选项

O_RDONLY

O_WRONLY

O_RDWR

（2）可进行或运算选项

O_APPEND：追加

O_CREAT：若文件不存在则创建，只有此时mode参数有效

O_EXCL：如果同时指定了O_CREAT，而文件又存在，则出错

O_TRUNC

O_NOCTTY

O_NONBLOCK：FIFO/快特殊文件/字符文件 中使用

O_SYNC：使每次write操作都等待到物理IO操作完成，使用该项，可能耗时更长

注：

另有creat函数可创建文件，int creat(const char *pathname, mode_t mode)

等效于open(pathname, O_WRONLY|OCREAT|O_TRUNC, mode)

3、read 函数

#include

ssize_t read(int fd, void *buff, size_t nbytes);

返回值：成功读取字节数

这里提到的文件IO操作指不带缓存的IO操作,也就是说这里提到的函数的实现都是通过系统调用实现的,而不是直接对IO端口操作实现的。

fd：打开文件时的文件描述符

4、write函数

#include

ssize_t write(int fd, void *buff, size_t nbytes);

返回值：成功写入的字节数

fd：打开文件时的文件描述符

5、lseek函数——操纵文件偏移量

#include

#include

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

返回值：若执行成功，返回新的文件位移量；如果fd为FIFO或管道文件，则返回-1，并保存errno=EPIPEwhence取值：

SEEK_SET：offset为相对文件头的偏移量

SEEK_CUR：offset为相对当前位置的偏移量

SEEK_END：offset为相对文件尾的偏移量

6、fcntl函数——读取修改文件属性

#include

#include

#include

int fcntl(int fd, int cmd, .../* int arg */);

返回值：失败则返回-1

fcntl函数的5种功能：

（1）复制一个现存的描述符（cmd=F_DUPFD）

（2）获得/设置文件描述符标记（cmd=F_GETFD/F_SETFD）

（3）获得/设置文件状态标记（cmd=F_GETFL/FSETFL）——open函数中的oflag参数

（4）获得/设置异步IO权限（cmd=F_GETOWN/F_SETOWN）

（5）获得/设置记录锁（cmd=F_GETLK/F_SETLK/F_SETLKW）

7、打开文件的内核数据结构

每个打开文件都在进程表项中文件描述符表（文件的fd、指向文件表项的指针）；文件表项包括文件状态标志、文件当前偏移量、指向该文件v节点表项的指针；v节点表项包含了文件的v节点信息，i节点信息和文件长度等信息。

这里提到的文件IO操作指不带缓存的IO操作,也就是说这里提到的函数的实现都是通过系统调用实现的,而不是直接对IO端口操作实现的。

了解打开文件的内核数据结构对了解文件共享很有帮助。

lseek函数操作的文件偏移量（offset）应该是在文件表当中。

2个进程同时打开同一个文件，则同一个文件会对应2个不同的文件描述符，文件描述符是与进程相关联的。

8、程序实例

（1）文件读写——实例1

[cpp] view plain copy print ?

01. 18 #include "apue.h"02. 19 03. 20 #define BUFFERSIZE 8192 04. 21 05. 22 int main(void) 06. 23 { 07. 24 int n; 08. 25 char buf[BUFFERSIZE]; 09. 26 10. 27 /* 从标准输入读数据，写入到标准输出 */11. 28 while( (n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFFERSIZE)) > 0 ) 12. 29 { 13. 30 if(write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n) 14. 31 err_sys("write error"); 15. 32 } 16. 33 17. 34 if(n < 0) 18. 35 { 19. 36 err_sys("read error"); 20. 37 } 21. 38 22. 39 /* 考虑到进程关闭前会自动关闭文件，所以没有手动关闭文件 */23. 40 24. 41 return 0; 25. 42 }

程序功能：从标准输入端（对应文件描述符=STDIN_FILENO）读入数据，输出到标准输出端（对应文件描述符=STDOUT_FILENO）。

因为现在标准输入端为键盘，标准输出端为显示器，所以实验结果就是在终端输入什么就输出什么。

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01. [monkeyzx@CentOS File]$ ./p3_3 02. xiahouzuoxin hello,file............ 03. xiahouzuoxin hello,file............

这里提到的文件IO操作指不带缓存的IO操作,也就是说这里提到的函数的实现都是通过系统调用实现的,而不是直接对IO端口操作实现的。

04. second time 05. second time 06. third time 07. third time 08. ^C 09. [monkeyzx@CentOS File]$

（2）fcntl函数读取oflags——实例2

[cpp] view plain copy print ?

01. 18 #include 02. 19 #include 03. 20 #include "apue.h"04. 21 05. 22 int main(int argc, char *argv[]) 06. 23 { 07. 24 int accmode, val; 08. 25 09. 26 if(argc != 2) 10. 27 err_quit("Usage: p3_4 " ); 11. 28 12. 29 if( (val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0)) < 0 ) 13. 30 err_sys("fcntl error for fd %d", atoi(argv[1])); 14. 31 15. 32 accmode = val & O_ACCMODE; /* O_ACCMODE=0x03,用于取出低2位 */16. 33 if (accmode == O_RDONLY) printf("read only!"); 17. 34 elseif(accmode == O_WRONLY) printf("write only!"); 18. 35 elseif(accmode == O_RDWR) printf("read write!"); 19. 36 else err_dump("unknown access mode!"); 20. 37 21. 38 if(val & O_APPEND) printf(", append"); 22. 39 if(val & O_NONBLOCK) printf(", nonblocking"); 23. 40 #if !defined(_POSIX_SOURCE) && defined(O_SYNC) 24. 41 if(val & O_SYNC) printf(", synchronous writes"); 25. 42 #endif 26. 43 putchar('\n'); 27. 44 28. 45 return 0; 29. 46 }

程序功能：对于指定的文件描述符打印文件描述标志，注意程序中没有使用打开文件操作，实验时使用交互的打开文件操作。

[html] view plain copy print ?

01. [monkeyzx@CentOS File]$ ./p3_4 0 <temp.foo02. read only! 03. [monkeyzx@CentOS File]$ ./p3_4 1 04. read write! 05. [monkeyzx@CentOS File]$ ./p3_4 2 2>>temp.foo 06. write only!, append 07. [monkeyzx@CentOS File]$

（3）fcntl函数标志设置——实例3

[cpp] view plain copy print ?

01. 18 #include 02. 19 #include "apue.h"03. 20 04. 21 #define CLR_FLAG (0) 05. 22 #define SET_FLAG (1) 06. 23 07. 24 void opt_fl(int fd, int flags, int opt) 08. 25 { 09. 26 int val; 10. 27 11. 28 if( (val = fcntl(fd, F_GETFL, 0)) < 0 ) 12. 29 err_sys("fcntl F_GETFL error"); 13. 30 14. 31 switch(opt) 15. 32 { 16. 33 case CLR_FLAG: val &= ~flags; break;

这里提到的文件IO操作指不带缓存的IO操作,也就是说这里提到的函数的实现都是通过系统调用实现的,而不是直接对IO端口操作实现的。

17. 34 case SET_FLAG: val |= flags; break; 18. 35 default:break; 19. 36 } 20. 37 21. 38 if( fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0 ) 22. 39 { 23. 40 err_sys("fcntl F_SETFL error"); 24. 41 } 25. 42 } 26. 43 27. 44 int main(int argc, char *argv[]) 28. 45 { 29. 46 int fd; 30. 47 31. 48 if(argc != 2) 32. 49 err_quit("Usage: ./p3_4 " ); 33. 50 34. 51 if( (fd=open(argv[1], O_RDWR)) < 0 ) 35. 52 err_sys("open %s error", argv[1]); 36. 53 37. 54 opt_fl(fd, O_RDONLY, SET_FLAG); 38. 55 39. 56 exit(0); 40. 57 }

opt_fl函数功能：对于一个文件描述符，打开或清楚一个或多个文件状态标志。

注：

（1）对于几个程序例子，都没有使用close函数将文件关闭的原因是——当进程执行结束时会自动将文件关闭，因此可以不必手动添加。但标准C的fclose函数则不能省略。

（2）在进行文件IO程序的测试时，可以使用交互式的SHELL完成打开文件的操作，例如实例2

（3）程序中包含的头文件apue.h为参考书籍中为简化代码提供的头文件

【参考书籍】《UNIX环境高级编程》