linux文件系统open,read,lseek,stat,mmap函数介绍

函数open(),create(),lseek()介绍

1. 函数原型：
   int open(const char* pathname, int falgs);
   int create(const char* pathname, int falgs);
   int open(const char* pathname, int flags, mode_t mode);
   int create(const char* pathname, int flags, mode_t mode);
2. 包含头文件
   sys/types.h,sys/stat.h和fcntl.h;
3. 返回值
   正常返回文件的描述值，错误返回-1；
4. flags
   必选：
   O_RDONLY,O_WRONLY,O_RDWR
   可选：
   O_APPEND 追加
   O_CREAT 不存在则创建，mode需要设置！
   O_EXCL 查看文件是否存在，如果同时指定了O_CREAT,而文件已经存在在则返回错误。用这种方法可以安全打开文件
   O_TRUNC 将文件长度截断为0，通常用于对需要清空的文件进行归零操作
5. mode
   结合O_CREAT使用，否则无效
   读写执行权限：
   S_IRWXU(G\O) U(G\O)分别代表user、group、other
   读或写或执行权限
   S_IR(W\X)USR(GRP\OTH) R(W\X)分别代表读写执行，USR(GRP\OTH)分别代表user、group、other
6. 示例

/*open_test.c 打开文件的例子*/
#include
#include
#include
#include

int main(void)
{
	int fd = -1;
	char filename[] = "test.txt";
	fd = open(filename,O_RDWR);
	if(fd>-1)
	{
		printf("Open file %s success,fd:%d\n",filename,fd);
	}
	else
	{
		printf("Open file %s failure!\n",filename);
	}

	return 0;
}

7. 执行结果

$ ll
总用量 5
drwxrwxrwx 1 zhujun zhujun  256 10月  4 18:54 ./
drwxrwxrwx 1 zhujun zhujun  360 10月  4 18:23 ../
-rwxrwxrwx 1 zhujun zhujun  638 10月  4 18:54 open_test.c*
$ gcc -o open1 open_test.c
$ ./open1
Open file test.txt failure!
$ echo "">test.txt
$ ./open1
Open file test.txt success,fd:3

关闭文件函数close()

头文件unistd.h
int close(int fd);

读取文件read()函数

1. 依赖头文件unistd.h
2. 函数原型
   ssize_t read(int fd, void* buf, size_t count);
   从文件描述符fd对应的文件中读取count字节，放到buf开始的缓冲区中，如果count=0，则返回0，不进行其他操作；如果count大雨SSIZE_MAX,则结果不可预料。读取成功的时候，文件对应的读取位置指针，向后移动位置，大小为成功读取的子节成功则返回字节数，失败返回-1，文件末尾返回0。 返回值类型为ssize，具体实现时可以定义为long或者int
3. 示例

/* 文件read_test.c */
#include
#include
#include
#include
#include

int main(void)
{
	int fd = -1;
	ssize_t size = -1;
	char buff[10];
	char filename[] = "test.txt";

	fd = open(filename, O_RDONLY);
	if(fd<0)
	{
		printf("Open file %s failure\n",filename);
	}
	else
	{
		printf("Open file %s success,fd %d\n",filename,fd);
	}
	while(size)
	{
		size = read(fd, buff, 10);
		if(size == -1)
		{
			close(fd);
			printf("Read file error occurs.\n");
			return -1;
		}
		else
		{
			if(size>0)
			{
				printf("Read %d bytes:",size);
				printf("\"");
				for(int i=0;i<size;i++)
					printf("%c",*(buff+i));
				printf("\"\n");
			}
			else
			{
				printf("Reach EOF.\n");
			}
		}
	}
	return 0;

}

test.txt 文件内容:

This is a test file to test if read function could run well.

4. 运行结果

$ gcc -o rt read_test.c
read_test.c: In function ‘main’:
read_test.c:29:37: warning: format ‘%ld’ expects argument of type ‘long int’, but argument 3 has type ‘int’ [-Wformat=]
   printf("Open file %s success,fd %ld\n",filename,fd);
                                   ~~^
                                   %d
read_test.c:44:19: warning: format ‘%d’ expects argument of type ‘int’, but argument 2 has type ‘ssize_t {aka long int}’ [-Wformat=]
     printf("Read %d bytes:",size);
                  ~^
                  %ld
$ ./rt
Open file test.txt success,fd 3
Read 10 bytes:"This is a "
Read 10 bytes:"test file "
Read 10 bytes:"to test if"
Read 10 bytes:" read func"
Read 10 bytes:"tion could"
Read 10 bytes:" run well."
Read 1 bytes:"
"
Reach EOF.

lseek()函数

1. 函数原型：

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

3. 描述：
   对文件描述符fd对应的文件，按照模式whence和相对偏移量offset，重新设置文件的偏移量。返回新的偏移量（成功），失败返回-1。
   whence表示操作模式，offset表示相对偏移量
   whence：
   SEEK_SET文件起始位置
   SEEK_CUR当前偏移位置
   SEEK_END文件末尾

   off_t cur_pos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR)可以获得当前的偏移量，也可以校验当前设备是否支持lssek函数。

4. 示例

/* lseek_test.c */
#include
#include
#include
#include
#include

int main(void)
{
	off_t offset = -1;
	offset = lseek(1, 0, SEEK_CUR);/*将标准输入文件描述符的文件偏移量设为当前值*/
	/* 0，1，2描述符分配给系统，0：标准输入；1：标准输出；2：标准错误*/
	if(offset == -1)
	{

		printf("STDOUT can`t seek\n");
		return -1;
	}
	else
	{
		printf("STDOUT can seek\n");
	}
	return 0;
}

5. 结果

$ gcc -o lsek lseek_test.c
$ ./lsek
STDOUT can`t seek

获得文件状态fstat函数

1. 文件状态：文件大小、权限、修改时间
2. stat(), fstat(), lstat()可以获得文件的状态
3. 函数原型：

#include
#include
#include
int stat(const char* path, struct stat * buf);
int fstat(int fd, struct stat * buf);
int lstat(const char* path, struct stat *buf);

5. 描述：成功时返回0；失败时返回-1
6. struct stat结构：

struct stat
{
	dev_t		st_dev;		/*此文件所处设备的设备ID号*/
	ino_t		st_ino;		/*inode数值*/
	mode_t		st_mode;	/*保护设置*/
	nlink_t		st_nlink;	/*硬连接数*/
	uid_t		st_uid;		/*文件所有者的ID*/
	gid_t		st_gid;		/*文件所有者的组的ID*/
	dev_t		st_rdev;	/*以字节计算的大小*/
	blksize_t	st_blksize;	/*文件系统的块大小*/
	blkcnt_t	st_blocks;	/*占用的块的数量*/
	time_t		st_atime;	/*最后方位时间*/
	time_t		st_mtime;	/*最后修改时间*/
	time_t		st_ctime;   /*最后状态改变时间*/
}

文件空间映射函数mmap

1. 函数原型：

#include
void* mmap(void * start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

3. 描述：
   将文件或者设备空间映射到内存中，可以通过对映射后的内存空间存取来获得存取文件一致的控制方式，不必使用read、write函数。简单来说就是将文件映射到内存中的某一段，映射到的内存不占用空间，仅仅占用一段地址空间。
   将描述符fd对应的文件，自offset开始的一段长为length的数据映射到内存中，用户可以设定映射的内存地址，但是具体映射到内存的位置由返回值确定。当映射成功后，返回映射到的内存地质。如果失败返回值为(void *)-1。通过errno获得错误方式。
   start 指定要映射到的地址，通常为NULL
   prot 表示映射区保护方式，是一个组合值，可以是一个或者多个

   值	描述
   PROT_EXEC	可执行
   PROT_READ	可读
   PROT_WRITE	可写
   PROT_NONE	不能存取

   当然这个设置会受到打开文件的限制，权限不能超过打开文件的权限，超过则对应的权限失效。
   flags 设定映射对象的类型、选项和是否可以对映射对象进行操作，也是一个组合值

   值	描述
   MAP_FIXED	如果设置了start，而无法映射到所指的地址，则映射失败
   MAP_SHARED	共享映射区域，映射区域允许其他进程共享，对映射区域写入数据将会写入到原文件中
   MAP_PRIVATE	对映射区域的修改不会写入原文件
   MAP_ANONYMOUS	建立匿名映射。此时忽略参数fd，不涉及文件，而且映射区无法和其他进程共享
   MAP_DENYWRITE	禁止文件写入操作，只能通过对映射区操作的方式实现对文件的操作，不允许直接操作文件
   MAP_LOCKED	将映射区锁定，此区域不会被虚拟内存重置

MAP_PRIVATE,MAP_SHARED必须选其一。shared表示多个进程使用一个内存映射的副本，任何进程都可以对此映射区进行修改，而且修改可见。private表示多个进程之间的副本不一致，写入操作之后，会复制一个副本给修改的进程。

munmap函数 取消mmap函数的映射关系

1. 原型

#include
int munmap(void* start, size_t length);

3. 描述：
   start为mmap函数的返回值，即映射的内存地址，length为映射长度
4. 编程模式：

/*打开文件*/
fd = open(filename, flags, mode);
if(fd<0)
	...(error);
ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
/*对文件进行操作*/
...
/*取消映射关系*/
numap(ptr, len);
/*关闭文件*/
close(fd);

5. 示例

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define FILELENGTH 80

int main(void)
{
	int fd  = -1;
	char buf[] = "quick brown fox jumps over the lazy dog";
	char* ptr = NULL;
	/*打开文件,并将文件长度缩短为0，不存在则创建，权限为可读可写可执行*/
	fd = open("mmap.txt", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, S_IRWXU);
	if(fd == -1) return -1;

	/*将文件长度扩展为80，向后偏移文件的偏移量到79*/
	lseek(fd, FILELENGTH-1, SEEK_SET);
	write(fd, "a", 1);/*随意写入一个字符*/
	/*将文件mmap.txt中的数据从开头到1M的数据映射到内存中，对文件操作立即显示在文件上，可读写*/
	ptr = (char*)mmap(NULL, FILELENGTH, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
	if((char*)-1 == ptr )
	{
		printf("mmap failure\n");
		close(fd);
		return -1;

	}
	/*将buf中的字符串复制到映射区域中，起始位置为ptr+16*/
	memcpy(ptr+16, buf, strlen(buf));
	munmap(ptr, FILELENGTH);
	close(fd);
	return 0;
}

5. 运行结果

$ gcc -o mapt mmap_test.c 
$ ./mapt 
$ ll
总用量 82
drwxrwxrwx 1 zhujun zhujun  4096 10月  5 16:07 ./
drwxrwxrwx 1 zhujun zhujun  4096 10月  4 18:23 ../
-rwxrwxrwx 1 zhujun zhujun  8704 10月  5 16:07 mapt*
-rwxrwxrwx 1 zhujun zhujun  1347 10月  5 16:06 mmap_test.c*
-rwxrwxrwx 1 zhujun zhujun    80 10月  5 16:07 mmap.txt*
$ od -c mmap.txt
0000000  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0
0000020   q   u   i   c   k       b   r   o   w   n       f   o   x    
0000040   j   u   m   p   s       o   v   e   r       t   h   e       l
0000060   a   z   y       d   o   g  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0
0000100  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0  \0   a
0000120