（P4-P5）文件与IO：open、close、creat、read、write

程序员文章站 2022-05-04 12:25:42

文章目录标准C库系统调用IO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_FILENOstdinSTDOUT_FILENOstdoutSTDERR_FILENOstderr该文件指针对应的文件描述符为0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...

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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) = %d\n", 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_%s\n", 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 succ\n");
    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 succ\n");
    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 succ\n");
    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 succ\n");
    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：
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>
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
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
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


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("%s\n", de->d_name);
    }
    
    close(dir);
    exit(EXIT_SUCCESS);//等价于exit(0);
}

测试：
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)
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)

本文地址：https://blog.csdn.net/u011436427/article/details/107325642

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文章目录

1.什么是I/O

2.文件描述符

3.文件系统调用

（P4-P5）文件与IO：open、close、creat、read、write

文件相关系统调用接口open/write/read/close

open/read/write/close等文件系统调用接口说明

open/read/write/close等文件相关系统调用接口

open/read/write/close等文件系统调用接口以及fd与FILE的比较

linux c学习笔记----文件的创建与读写(open,read,write)

linux gnu c 复制文件实例(open,close,creat,read,write)

（P4-P5）文件与IO：open、close、creat、read、write