嵌入式linux文件I/O编程 (open、read、write、lseek、close)
分类: Linux 2009-10-26 14:09 2522人阅读 评论(1) 收藏 举报

      Linux 提供的虚拟文件系统为多种文件系统提供了统一的接口, Linux 的文件编程有两种途径:基于Linux 系统调用;基于C 库函数。这两种编程所涉及到文件操作有新建、打开、读写和关闭,对随机文件还可以定位。
通常,一个进程打开时,都会打开 3 个文件:标准输入、标准输出和标准出错处理。这3 个文件分别对应文件描述符为0 、1 和2 (也就是宏替换STDIN_FILENO 、STDOUT_FILENO 和STDERR_FILENO )。

一、 Linux 系统调用
    不带缓存的文件I/O 操作,这里指的不带缓存是指每一个函数只调用系统中的一个函数。主要用到5 个函数:open 、read 、write 、lseek 和close 。

1 、open 函数语法要点:

所需头文件: #include// 提供类型pid_t 的定义
         #include
         #include
函数原型:int open(const char *pathname,flags,int perms)
函数传入值:
path :被打开文件名(可包括路径名)
flag :文件打开的方式,参数可以通过“|” 组合构成,但前3 个参数不能互相重合。
     O_REONLY :只读方式打开文件
     O_WRONLY :可写方式打开文件
     O_RDWR :读写方式打开文件
     O_CREAT :如果文件不存在时就创建一个新文件,并用第三个参数为其设置权限。
     O_EXCL :如果使用O_CREAT 时文件存在,则可返回错误信息。这一参数可测试文件是否存在。
     O_NOCTTY :使用本参数时,如文件为终端,那么终端不可以作为调用open ()系统调用的那个进程的控制终端。
     O_TRUNC :如文件已经存在,并且以只读或只写成功打开,那么会先全部删除文件中原因数据。
     O+APPEND :以添加方式打开文件,在打开文件的同时,文件指针指向文件末尾。
     perms :被打开文件的存取权限,为8 进制表示法。
函数返回值:成功:返回文件描述符 失败:-1

2 、Close 语法要点:

所需头文件: #include
函数原型:int close (int fd )
函数输入值:fd :文件描述符
函数返回值:成功:0          出错:-1

3 、Read 函数语法要点
所需头文件:#include
函数原型:ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count)
函数传入值
fd: 文件描述符
Buf :指定存储器读出数据的缓冲区
Count :指定读出的字节数
函数返回值:成功:读出的字节数  0 :已到达文件尾    -1 :出错
在读普通文件时,若读到要求的字节数之前已达到文件的尾部,则返回字节数会小于希望读出的字节数。

4 、Write 函数语法要点
所需头文件:#include
函数原型:  ssize_t write(int fd,void *buf,size_t count)
函数传入值:
fd: 文件描述符
Buf :指定存储器写入数据的缓冲区
Count :指定读出的字节数
函数返回值:成功:已写的字节数     -1 :出错

5 、Lseek 函数语法要点: 
所需头文件:#include
#include
函数原型:off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence)
函数传入值:
fd: 文件描述符
Offset :偏移量,每一读写操作所需要移动的距离,单位是字节的数量,可正可负(向前移,向后移)
Whence :当前位置的基点:
     SEEK_SET :当前位置为文件开头,新位置为偏移量的大小
     SEEK_CUR :当前位置为文件指针位置,新位置为当前位置加上偏移量
     SEEK_END :当前位置为文件的结尾,新位置为文件的大小加上偏移量大小


函数使用实例:
/**/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

int main(void)
{
    char *buf="Hello! I'm writing to this file!";
    char buf_r[11];
    int fd,size,len;
    len = strlen(buf);
    buf_r[10] = '/0';
    /*
首先调用open 函数,并指定相应的权限*/
    if ((fd = open("hello.c", O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR,0666 ))<0) {
        perror("open:");
        exit(1);
    } else
        printf("open and create file:hello.c %d  OK/n",fd);
    /* 调用write 函数,将buf 中的内容写入到打开的文件中*/
    if ((size = write( fd, buf, len)) < 0){
        perror("write:");
        exit(1);
    } else
        printf("Write:%s OK/n",buf);
    /* 调用lseek 函数将文件指针移动到文件起始,并读出文件中的10 个字节
*/
    lseek(fd, 0, SEEK_SET );
    if ((size = read( fd, buf_r, 10))<0) {
        perror("read:");
        exit(1);
    } else
        printf("read form file:%s OK/n",buf_r);
    if ( close(fd) < 0 )    {
        perror("close:");
        exit(1);
    } else
        printf("Close hello.c OK/n");
    return 0;
}
 
 
二、 C 语言库函数

  C 库函数的文件操作实际上是独立于具体的操作系统平台的,不管是在DOS 、Windows 、Linux 还是在VxWorks 中都是这些函数:

  创建和打开
FILE *fopen(const char *path, const char *mode);

   fopen() 实现打开指定文件filename ,其中的mode 为打开模式,C 语言中支持的打开模式如下表:
标志
含义
r, rb
以只读方式打开
w, wb
以只写方式打开。如果文件不存在,则创建该文件,否则文件被截断
a, ab
以追加方式打开。如果文件不存在,则创建该文件
r+, r+b, rb+
以读写方式打开
w+, w+b, wh+
以读写方式打开。如果文件不存在时,创建新文件,否则文件被截断
a+, a+b, ab+
以读和追加方式打开。如果文件不存在,创建新文件

  其中 b 用于区分二进制文件和文本文件,这一点在DOS 、Windows 系统中是有区分的,但Linux 不区分二进制文件和文本文件。

  读写

  C 库函数支持以字符、字符串等为单位,支持按照某中格式进行文件的读写,这一组函数为:
int fgetc(FILE *stream);
int fputc(int c, FILE *stream);
char *fgets(char *s, int n, FILE *stream);
int fputs(const char *s, FILE *stream);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
int fscanf (FILE *stream, const char *format, ...);
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream);
size_t fwrite (const void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream);

   fread() 实现从流stream 中读取加n 个字段,每个字段为size 字节,并将读取的字段放入ptr 所指的字符数组中,返回实际已读取的字段 数。在读取的字段数小于num 时,可能是在函数调用时出现错误,也可能是读到文件的结尾。所以要通过调用feof() 和ferror() 来判断。

  write() 实现从缓冲区ptr 所指的数组中把n 个字段写到流stream 中,每个字段长为size 个字节,返回实际写入的字段数。

  另外,C 库函数还提供了读写过程中的定位能力,这些函数包括
int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos);
int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *pos);
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
等。

  关闭

  利用C 库函数关闭文件依然是很简单的操作:
int fclose (FILE *stream);

  例程:将第 2 节中的例程用C 库函数来实现。

#include
#define LENGTH 100
main()
{
 FILE *fd;
 char str[LENGTH];

 fd = fopen("hello.txt", "w+"); /* 创建并打开文件 */
 if (fd)
 {
  fputs("Hello, Everyone!", fd); /* 写入Hello,
Everyone!" 字符串 */
  fclose(fd);
 }

 fd = fopen("hello.txt", "r");
 fgets(str, LENGTH, fd); /* 读取文件内容 */
 printf("%s/n", str);
 
fclose(fd);
}
 

 
三、

f c n t l 函数有五种功能:
n        复制一个现存的描述符 , 新文件描述符作为函数值返 (c m d = F_DUPFD )。
n        获得 / 设置文件描述符标记 , 对应于 filedes 的文件描述符标志作为函数值返回.( c m d = F_GETFD 或 F_SETFD )。
n        获得 / 设置文件状态标志,对应于 filedes 的文件状态标志作为函数值返回。( c m d = F_GETFL 或 F_SETFL )。
n        获得 / 设置异步 I / O 有权( c m d = F_GETOWN 或 F_SETOWN )。
n        获得 / 设置记录锁( c m d = F_SETLK , F_SETLKW )。
#include
#include
#include
int fcnt1(int filedes , int cmd ,... struct flock flockptr ) ;
struct flock 结构
ioctl 函数是 I / O 操作的杂物箱。不能用本章中其他函数表示的 I / O 操作通常都能用 i o c t l 表示。终端 I / O 是 ioctl 的最大使用方面,主要用于设备的 I / O 控制。
#include /* SVR4 */
#include /* 4.3+BSD * /
int ioctl(int filedes , int request , . . . ) ;
返回:若出错则为 - 1 ,若成功则为其他值
I/O 处理的五种模型
①      阻塞 I/O 模型:若所调用的 I/O 函数没有完成相关的功能就会使进程挂起,直到相关数据到达才会返回。如:终端、网络设备的访问。
②      非阻塞模型:当请求的 I/O 操作不能完成时,则不让进程休眠,而且返回一个错误。如: open 、 read 、 write 访问。
③      I/O 多路转接模型:如果请求的 I/O 操作阻塞,且他不是真正阻塞 I/O ,而且让其中的一个函数等待,在这期间, I/O 还能进行其他操作。如: select 函数。
④      信号驱动 I/O 模型:在这种模型下,通过安装一个信号处理程序,系统可以自动捕获特定信号的到来,从而启动 I/O 。
⑤      异步 I/O 模型:在这种模型下,当一个描述符已准备好,可以启动 I/O 时,进程会通知内核。由内核进行后续处理,这种用法现在较少
#include /* fd_set data type */
#include /* struct timeval */
#include /* function prototype                               might be here */
int select (int numfds , fd_set * readfds ,
              fd_set * writefds , fd_set * exceptfds ,            struct timeval * timeout ) ;
返回:准备就绪的描述符数,若超时则为 0 ,若出错则为 - 1 。