嵌入式linux文件I/O编程 (open、read、write、lseek、close)

      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 。