Linux程序设计（9）第三章:文件操作（1）文件结构 系统调用/库函数 write read

1. 第三章 文件操作

本章主要讲解 linux 中的文件、目录及相关操作。
如创建，打开，读写和关闭文件，及如何处理目录。

2. linux 文件结构

linux 中，一切都是文件。
那就是，通常程序完全可以像使用文件那样使用磁盘文件，串行口，打印机和其他设备。
大多数情况下，你只需要使用5个基本函数 open,close,read,write 和 ioctl 。
对目录而言，通常上层的 opendir/readdir 接口来读取目录。

3. 三个重要的设备文件

linux中比较重要的设备文件有三个

3.1 /dev/console

这个设备代表的是系统控制台。
错误信息和诊断信息通畅会被发送到这个设备。

3.2 /dev/tty

如果一个进程有控制终端的话，那么特殊文件/dev/tty就是这个控制终端（键盘和显示器，或键盘和窗口）的别名。
由于系统自动运行的进程和脚本就没有控制终端，所以他们不能打开/dev/tty。

3.3 /dev/null

空设备，是一个特殊的设备文件，它会丢弃一切写入其中的数据，写入它的内容都会永远丢失，而且没有任何可以读取的内容。
因此，null这个设备通常也被称为位桶（bit bucket）或黑洞。

4. 系统调用和设备驱动程序

4.1 系统调用

操作系统本身提供的接口，由linux直接提供
包括： open,close,read,write和ioctl（把控制信息传递给设备驱动程序）

定义： 进程直接调用内核暴露出来的的接口的方式称为系统调用

4.2. 库函数

4.2.1. 系统调用的缺点：

		1. 效率低 每次调用都是从用户态进入内核态，然后再返回用户态
		2. 硬件限制对底层系统调用一次读取数据的大小。
		如磁带机一次读取大小是10k，若传递的不是10k的整数倍，还会以10k存储，会留下空隙。
	库函数应运而生，它是一些函数的集合。

4.2.2 库函数定义

调用将内核暴露出来的接口封装好的函数的方法为库函数的调用

4.2.3. 系统函数和库函数的关系

1. 系统调用通常是用于底层文件的访问
   例如在驱动程序中对设备文件的直接访问，如open read write seek等

2. 库函数是对系统调用的一层封装
   因此在用库函数对文件操作的时候，必然会引起系统调用。也就是说，库函数调用实际上是通过系统调用实现的
   例如：C库函数fwrite()就是通过write实现的。

3. 运行位置
   库函数：在用户态调用，在用户态执行
   系统调用函数：在用户态调用，在内核态执行

4. 执行效率
   当处理的数据量比较小时，函数库的函数执行效率比较好
   因为函数库的函数的作法是将要处理的数据先存入缓冲区内，等到缓冲区装满了，再将数据一次写入或者读出。这种方式处理小量数据时效率比较高。
   但是在进行系统调用时，因为用户进程从用户模式进入系统内核模式，中间涉及了许多额外的任务的切换工作，这些操作称为上下文切换，此类的额外工作会影响系统的执行效率。

参考之前的博客：
https://blog.csdn.net/lqy971966/article/details/103657953

5. 三个文件描述符：

	0 标准输入
	1 标准输出
	2 标准错误

6. write

6.1 原型

#include
size_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbytes);

6.2. write 功能：

把缓冲区buf的前nbytes个字节写入与文件描述符fildes关联的文件中。

6.3. 返回值：

返回实际写入的字节数。
返回0表示未写入任何数据
返回 -1 表示出错。错误代码保存在全局变量errno中。

6.4. 代码：

		#include
		#include
		int main()
		{
			char str[] = "Hani test\n";
			int len = sizeof(str);
			if((write(1, str, len)) != len)
					write(2, "error\n", 6);
			
			return 0;
		}
		结果： 
		root@admindlp-virtual-machine:/home# ./a.out 
		Hani test

7. read

7.1 原型

	#include
	size_t read(int fildes, void *buf, size_t nbytes);

7.2 read 功能

从与文件描述符fildes相关的文件里读入nbytes个字节的数据放到缓冲区buf中。

7.3 返回值

返回实际读取的字节数。
返回-1，错误。
返回0，表示未读入任何数据。

7.4. 代码：

	#include
	#include
	int main()
	{
		char buf[128];
		int nread;
		
		nread = read(0, buf, 128);
		if(nread == -1)
			write(2, "read error\n", sizeof("read error\n"));
		
		if((write(1, buf, nread)) != nread)
			write(2, "write error\n", sizeof("write error\n"));
		
		return 0;
	}
	结果： 
	root@admindlp-virtual-machine:/home# echo hello hani | ./a.out 
	hello hani