文件IO知识回顾

文件IO

1、可执行程序、shell命令

2、系统调用函数

3、库函数

4、查看特殊文件格式规范

系统调用

• 系统调用的本质：内核提供给外部，访问Linux操作的系列函数
• 以printf函数，打印hello字符串到屏幕为例

• 操作函数

打开文件

#include   
#include
int open(const char *pathname, int flags);
	参1：打开文件的路径名
    参2：打开文件的方式
        O_RDONL|O_WRONLY|O_RDWR
       	成功返回一个新的文件描述符（整数）
        失败返回-1
  int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
	参3：打开文件的方式
        O_RDONLY|O_WRONLY|O_RDWR #include<fcntl.h>
        O_CREAT | O_NONBLOCK | O_APPEND | O_EXCL
     使用前提是，参2 指定了O_CREAT.
       传8进制数 ，用来描述文件的权限 rwx --0664  --rw -rw -r

关闭文件

#include

int close(int fd);
	参：open返回值。
        成功返回0
        失败返回-1
	

文件创建权限

• Linux系统中，创建文件的权限，受umask影响。
• 使用open创建文件的最终权限，受mode（参3）喝umask共同影响
  • 计算的公式： 最终文件权限 = mode& - umask

文件读写

 ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
参数：
	fd : 打开的文件描述符 --- open() 返回值
    buf： 存储读取的数据的 缓冲区
    count： 前面缓冲区的大小 size_t无符号整数 ssize_t 有符号
 返回值：
        成功：没读到文件末>0否则=0
        失败：error -1

写文件

      #include 

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
参数：
	fd : 打开的文件描述符 --- open() 返回值
    buf： 存储写出的数据的 缓冲区地址
    count：数据的大小

错误处理

• sterror函数

  #include
  char* sterror(int errnum);
  	参数：错误号 --errno 当前程序的唯一全局变量
      返回值：错误号对应的错误描述
  

• perror函数

  #include 
  void perror(const char *s);
  参数：用户自定义的错误信息:perror函数，会自动与error函数的错误描述拼接
  

文件拷贝联系

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

int main(int argc,char *argv[])
{
    int n = 1;
    //创建用于储存的数据缓冲区
    char buf[4096];
    //打开源文件
    int fd1  = open(argv[1],O_RDONLY);
    if(fd1 == -1)
    {
        perror("open src err:");
        exit(1);//程序非正常结束
    }
    //打开目标文件
    int fd2 = open(argv[2],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
    if(fd2 == -1)
    {
        perror("open dst err:");
        exit(1);//程序非正常结束
    }
    // 、、循环从文件中读取数据，写道目标文件中
    // while((n = read(fd1,buf,1024)) != 0)
    while((n = read(fd1,buf,1024)))
    {
        if(n< 0)
        {
            perror("read error");
            break;

        }
        //读取多少写多少，生成目标文件
        write(fd2,buf,n);
    } 
    //操作结束
    close(fd1);
    close(fd2);
    return 0;
}

预读入缓输出

• red、write函数是无缓冲区IO函数

strace命令

• 可以跟踪程序在运行中，使用系统调用。

文件描述符

• pcb进程控制块：

  • 本质：struct结构体
  • 成员：文件描述符
  • 文件描述符：0/1/2–1023
    • 默认上限最大为：1024
  • 使用规则：使用表中没有被占用的最小的文件描述符

• 3个特殊文件

  • stdin：标准输入：0 -STDIN_FILENO
  • stdout: 标准输出: 1 -STDOUT_FILENO
  • stderr:标准错误: 2- STDERR_FILENO##### 阻塞与非阻塞

• 阻塞、非阻塞是设备文件、网络文件具备的属性。（不是read、write的属性）

• 查收阻塞的场景：

  • 读取设备文件
  • 读取网络文件 读取常规文件无阻塞

• /dev/tty — 终端文件

  • 设置/dev/tty文件为非阻塞状态 --重写打开指定O_NONBLOCK属性。

  • int fd = open("/dev/tty",O_RDWR|O_NONBLOCK);
    

fanctl函数

• 作用：不重新打开文件修改文件权限。
• 函数原型

#include 
#include 

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
# 获取文件权限
int flg = fcntl(fd,F_GETFL)
 #修改文件权限
flg  |= O_NONBLOCK //添加非阻塞权限
fcntl(fd,F_SETFL,flg)

lseek函数

SYNOPSIS
       #include 
       #include 

       off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
fd 文件描述符 
offset 偏移量
whence:起始偏移位. SEEK_SET \SEEK_CUR \SEEK_END
返回:
	成功：较起始位置便宜
     失败：-1

• 相关知识:
  1. 文件的读写使用的同一偏移位置
  2. 可以使用lseek获取文件大小
  3. 可以使用lseek拓展文件的大小。真正的拓展需要引起IO操作
     • 直接拓展文件，也可以使用truncate()函数来完成
     • #include
       #include
       #include
       #include
       #include
       #include

void sys_err(const char*str)
{
perror(str);
exit(1);
}

int main(int argc,char* argv[])
{
int fd = open(“lseek.txt”,O_RDWR|O_CREAT,0664);
if(fd == -1)
{
sys_err(“open err”);
}
//使用lseek拓展文件大小
int len = lseek(fd,10,SEEK_END);
printf(“len = %d\n”,len);

//必须引起IO操作，真正拓展文件
write(fd,"a",strlen("a"));

close(fd);

int ret = truncate("lseek.txt",250);
printf("ret = %d\n",ret);
return 0;

}

• inode
  • 本质：struct结构体。存储文件的属性信息。
  • 大多数的inode在磁盘中，少量近期常用的保存在内存中
• dentry:目录项
  • 本质：struct结构体{文件名、inode号…}。文件内容保存在盘块中。
• 文件系统：
  • 一组规则，规定对文件的存储以及读取的方式、方法.在磁盘格式化的时候指定。fat32、ntfs、ext2/3/4。

stat函数

#include 
#include 

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
int fstat(int fd, struct stat *statbuf);
int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

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

#if 0
struct stat {
    dev_t     st_dev;         /* ID of device containing file */
    ino_t     st_ino;         /* inode number */
    mode_t    st_mode;        /* protection */
    nlink_t   st_nlink;       /* number of hard links */
    uid_t     st_uid;         /* user ID of owner */
    gid_t     st_gid;         /* group ID of owner */
    dev_t     st_rdev;        /* device ID (if special file) */
    off_t     st_size;        /* total size, in bytes */
    blksize_t st_blksize;     /* blocksize for filesystem I/O */
    blkcnt_t  st_blocks;      /* number of 512B blocks allocated */

    /* Since Linux 2.6, the kernel supports nanosecond
     *                   precision for the following timestamp fields.
     *                                     For the details before Linux 2.6, see NOTES. */

    struct timespec st_atim;  /* time of last access */
    struct timespec st_mtim;  /* time of last modification */
    struct timespec st_ctim;  /* time of last status change */

#define st_atime st_atim.tv_sec      /* Backward compatibility */
#define st_mtime st_mtim.tv_sec
#define st_ctime st_ctim.tv_sec
};

#endif

//查看文件信息命令
//deng@itcast:~/share/4th$ stat txt

//获取文件相关信息
int main(void)
{
    int ret = -1;

    struct stat buf;

    memset(&buf, 0, sizeof(buf));
    //获取文件相关信息
    ret = stat("txt", &buf);
    if (-1 == ret)
    {
        perror("stat"); 
        return 1;
    }

    printf("st_dev: %lu\n", buf.st_dev);
    printf("st_ino: %lu\n", buf.st_ino);
    printf("st_nlink: %lu\n", buf.st_nlink);
    printf("st_uid: %d\n", buf.st_uid);
    printf("st_gid: %d\n", buf.st_gid);
    printf("st_rdev:%lu\n", buf.st_rdev);
    printf("st_size: %ld\n", buf.st_size);
    printf("st_blksize: %ld\n", buf.st_blksize);
    printf("st_blocks: %ld\n", buf.st_blocks);


    return 0;
}

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char*str)
{
    perror(str);
    exit(1);
}

int main(int argc,char * argv[])
{
    struct stat sbuf;
    int ret = lstat(argv[1],&sbuf);
    printf("file size is %ld\n",sbuf.st_size);
    if(ret == -1)
    {
        sys_err("stat err");
    }
    if(S_ISREG(sbuf.st_mode)){
        printf("It's a regular file");
    }
    else if (S_ISDIR(sbuf.st_mode))
    {
        printf("it's a dir\n");
    }
    else if( S_ISFIFO(sbuf.st_mode))
    {
        printf("It's is a fifo");
    }
    else if(S_ISLNK(sbuf.st_mode))
    {
        printf("It's a software link");
    }
    
    return 0;
}

如何查看软连接本身的文件内容。readlink命令或者readlink()函数

link和unlink函数

int link(const char*oldpath,const char* newpath);
int unlink(const char*pathname)

• unlink特性:
  • 调用unlink，只是让文件具备了被释放的条件，不一定立即释放。
  • 硬链接基数为0（没有dentry）的文件不好马上被释放。要等到所有打开该文件的进程运行结束无进程使用后释放该文件。
• 隐式回收
  • 程序运行结束，打开的文件、申请的内存空间，会被系统释放。—隐式回收系统资源。

目录操作

操作函数

1. 打开目录 opendir
2. 关闭目录 closedir
3. 读取目录项 readdir 没有提供写目录的函数。

opendir

#include 
#include 
DIR *opendir(const char *name);
功能：打开一个目录
参数：
    name：目录名
返回值：
    成功：返回指向该目录结构体指针
    失败：NULL

closedir

#include 
#include 
​
int closedir(DIR *dirp);
功能：关闭目录
参数：
    dirp：opendir返回的指针
返回值：
    成功：0
    失败：-1

readdir

#include !
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
功能：读取目录
参数：
    dirp：opendir的返回值
返回值：
    成功：目录结构体指针
    失败：NULL
    
struct dirent
{
    ino_t d_ino;                  // 此目录进入点的inode
    off_t d_off;                    // 目录文件开头至此目录进入点的位移
    signed short int d_reclen;      // d_name 的长度, 不包含NULL 字符
    unsigned char d_type;           // d_type 所指的文件类型 
    char d_name[256];               // 文件名
};
d_name: 文件名。 要求长度不能超过255个有效字符。

d_type文件类型说明：

取值	含义
DT_BLK	块设备
DT_CHR	字符设备
DT_DIR	目录
DT_LNK	软链接
DT_FIFO	管道
DT_REG	普通文件
DT_SOCK	套接字
DT_UNKNOWN	未知

实现简单的ls

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char*str)
{
    perror(str);
    exit(1);
}
int main(int argc,char*argv[])
{
    DIR *dp;
    struct dirent *sdp ;
    int i = 0;
    dp = opendir(argv[1]);
    if(dp==NULL)
    {
        sys_err("opendir err");
    }
    while((sdp = readdir(dp))!=NULL)
    {
        i++;
        if(i%6==0)printf("\n");
        if(sdp->d_name[0]!='.')printf("%s\t",sdp->d_name);
    }
    printf("\n");
    closedir(dp);
    return 0;
}

dup和dup2

dup

• 将文件描述符，复制产生新文件描述符并且返回。新旧文件符指向同一个文件

//函数原型：
int dup(int oldfd);
参：旧文件描述符
返回值：
    成功：新文件描述符
    失败：-1 errno
//应用：
save_fd = dup(STDOUT_FILENO)
write(save_fd,msg,strlen(msg));//数据会被写道屏幕

dup2函数

#include 
​
int dup2(int oldfd, int newfd);
功能：
    通过 oldfd 复制出一个新的文件描述符 newfd，如果成功，newfd 和函数返回值是同一个返回值，最终 oldfd 和新的文件描述符 newfd 都指向同一个文件。
参数：
    oldfd : 需要复制的文件描述符
    newfd : 新的文件描述符，这个描述符可以人为指定一个合法数字（0 - 1023），如果指定的数字已经被占用（和某个文件有关联），此函数会自动关闭 close() 断开这个数字和某个文件的关联，再来使用这个合法数字。
返回值：
    成功：返回 newfd
    失败：返回 -1

使用案例

• 使用dup2实现cat hello.c > out

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char*str)
{
    perror(str);
    exit(1);
}

int  main(int argc,char* argv[])
{
    char buf[1024];
    int n;
    if(argc==4)
    {
        if(strcmp(argv[2],">")==0)
        {
            int fd2 = open(argv[3],O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0664);
            if(fd2 == -1)
            {
                sys_err("open out err");
            }
            // dup2(STDERR_FILENO,fd2);
            dup2(fd2,STDERR_FILENO);
        }
    }
    int fd = open(argv[1],O_RDONLY);
    if(fd == -1)
    {
        sys_err("open argv[1] err");
    }
    while(( n = read(fd,buf,sizeof(buf))))
    {
        write(STDOUT_FILENO,buf,n);
    }
}