Linux系统编程-文件IO函数

一、ioctl 函数

ioctl用于向设备发控制和配置命令，有些命令也需要读写一些数据，但这些数据是不能用read/write读写的，称为Out-of-band数据。也就是说，read/write读写的数据是in-band数据，是I/O操作的主体，而ioctl命令传送的是控制信息，其中的数据是辅助的数据。例如，在串口线上收发数据通过read/write操作，而串口的波特率、校验位、停止位通过ioctl设置，A/D转换的结果通过read读取，而A/D转换的精度和工作频率通过ioctl设置。

#include <sys/ioctl.h>

int ioctl(int d, int request, ...);
d是某个设备的文件描述符。request是ioctl的命令，可变参数取决于request，通常是一个指向变量或结构体的指针。若出错则返回-1，若成功则返回其他值，返回值也是取决于request。
以下程序使用TIOCGWINSZ命令获得终端设备的窗口大小。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h
int main(void)
{

     struct winsize size;  //属性结构体
    if (isatty(STDOUT_FILENO) == 0) 
        exit(1);
    if(ioctl(STDOUT_FILENO, TIOCGWINSZ, &size) < 0)
    {
        perror("ioctl TIOCGWINSZ error");
        exit(1);
    }
    printf("%d rows, %d columns\n", size.ws_row, size.ws_col);
    return 0;
}

在图形界面的终端里多次改变终端窗口的大小并运行该程序，观察结果。

二、文件的随机读写

到目前为止的所有文件访问都是顺序访问。这是因为所有的读和写都从当前文件的偏移位置开始，然后文件偏移值自动地增加到刚好超出读或写结束时的位置，使它为下一次访问作好准备。
有个文件偏移这样的机制，在Linux系统中，随机访问就变得很简单，你所需做的只是将当前文件偏移值改变到有关的位置，它将迫使下一次read()或write()发生在这一位置。(除非文件打开时标志有 O_APPEND，在这种情况下，任何write调用仍将发生在文件结束处)

lseek系统调用：

功能说明：通过指定相对于开始位置、当前位置或末尾位置的字节数来重定位，这取决于 lseek() 函数中指定的位置
函数原型：off_t lseek (int  fd,    off_t offset,   int base);

函数参数：

fd：需要设置的文件描述符

offset：偏移量

base：偏移基位置

返回值：返回新的文件偏移值

base 表示搜索的起始位置，有以下几个值：（这些值定义在<unistd.h>）

base 文件位置

SEEK_SET 从文件开始处计算偏移
SEEK_CUR 从当前文件的偏移值计算偏移
SEEK_END 从文件的结束处计算偏移

注意：管道和socket是不能lseek的，否则返回ESPIPE错误（Invalid seek）。

创建空洞文件实验

示例程序如下：

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

int main(int argc, char *argv[])
{
    int infd;
    int outfd;
    if (argc != 3)
    {
        fprintf(stderr, "Usage %s src dest\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    infd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if (infd == -1)
        ERR_EXIT("open src error");
    if ((outfd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664)) == -1)
        ERR_EXIT("open dest error");

    char buf[1024];
    ssize_t nread;
    while ((nread = read(infd, buf, 1024)) > 0)
        write(outfd, buf, nread); // 可以调用fsync同步内核缓冲区的数据到磁盘文件
    // 或者打开文件时标志为O_SYNC
    close(infd);
    close(outfd);

    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1)
        ERR_EXIT("open error");
    char buf2[1024] = {0};
    int ret = read(fd, buf2, 5);
    if (ret == -1)
        ERR_EXIT("read error");
    ret = lseek(fd, 0, SEEK_CUR); // 从当前位置偏移0个字节
    if (ret == -1)
        ERR_EXIT("lseek");
    printf("current offset=%d\n", ret);

    fd = open("hole.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);
    if (fd == -1)
        ERR_EXIT("open error");
    write(fd, "ABCDE", 5);
    ret = lseek(fd, 1012 * 1024 * 1024, SEEK_CUR);
    if (ret == -1)
        ERR_EXIT("lseek error");
    write(fd, "hello", 5);
    /* 中间的空字符不占用磁盘空间，如ls -lh hole.txt 与 du -h hole.txt
     * 看到的文件大小不一样*/
    close(fd);

    return 0;
}