POSIX标准IO操作

POSIX标准IO操作

分类： linux系统编程2011-01-27 20:48 61人阅读 评论(0) 收藏 举报

一：ANSI C与 Posix C

ANSI C库函数是在用户态实现，流的相应资源也存在于用户态，但无论如何实现，最终要通过内核实现对文件的读写控制。因此，在fopen（）系列函数中必然调用了对操作系统的系统调用，这一系统调用在Linux系统下即为open，close，write和read等函数，这些函数都遵循posix标准。

其实ANSI C库IO函数是对posix函数的封装，在其基础上加了流的概念，并在用户空间申请了流资源，这样处理显然增加了程序的灵活性和可以执行。

文件流和文件描述符的转换函数

1，int fileno (FILE *stream)

此函数一每个流为对象，返回该流的文件描述符值，如果失败返回-1

2，FILE *fdopen (int fd , char *modes)

该函数实现每个流于一个文件描述符连接，第一个参数为文件描述符，第二个参数为封装该流的权限，如果执行成功，返回一个流对象，失败返回NULL。

二、打开/关闭文件

1

名称：

open

目标：

打开一个文件。

头文件：

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include < fcntl.h>

函数原形：

int open(const char * pathname,int flags);

int open(const char * pathname,int flags,mode_t mode);

参数:

pathname   文件名

    

flags         打开模式

返回值：

-1    遇到错误

　　　　

int   打开成功，返回文件描述符。

这个系统调用在进程和文件之间建立一条连接 ，这个连接被称为文件描述符，它就像一条由进程通向内核的管道。

要打开一个文件，必须指定文件名和打开模式，有３种打开模式：只读，只写，可读可写，分别对应于O_RDONLY,O_WRONLY,O_RDWR,这在头文件/usr/include/fcntl.h中有定义。

      打开文件是内核提供的服务，如果在打开过程中内核检测到任何错误，这个系统调用就会返回-1。错误的类型是各种各样的，如：要打开的文件不存在。即使文件存在可能因为权限不够而无法打开，在open的联机帮助中列出了各种可能的错误，大家可以看看。

      UNIX允许一个文件被多个进程访问，也就是说当一个文件被一个进程打开后，这个文件还可以被其它进程打开。

     如果文件被顺利打开内核会返回一个正整数的值，这个数值就叫文件描述符，文件描述符是是一个简单的整数,用以标明每一个被进程所打开的文件，描述符0代表标准输出，对应的宏是STDOUT_FILENO,描述符1代表标准输入，对应的宏为STDIN_FILENO，描述符2代表标准错误输出，对应的宏为STDERR_FILENO,系统给进程分配描述符都是从3开始的，如果同时打开好几个文件，它们所对应的的文件描述符是不同的，如果一个文件打开多次，对应的文件描述符也不相同。必须通过文件描述符对文件操作。

下列是参数flags 所能使用的值:

必选项：以下三个常数中必须指定一个，且仅允许指定一个。

O_RDONLY 以只读方式打开文件

O_WRONLY 以只写方式打开文件

O_RDWR 以可读写方式打开文件。上述三种旗标是互斥的，也就是不可同时使用，但可与下列的旗标利用OR(|)运算符组合。

以下可选项可以同时指定0个或多个，和必选项按位或起来作为flags参数。

O_CREAT 若欲打开的文件不存在则自动建立该文件。

O_EXCL 如果O_CREAT 也被设置，此指令会去检查文件是否存在。文件若不存在则建立该文件，否则将导致打开文件错误。此外，若O_CREAT与O_EXCL同时设置，并且欲打开的文件为符号连接，则会打开文件失败。

O_NOCTTY 如果欲打开的文件为终端机设备时，则不会将该终端机当成进程控制终端机。

O_TRUNC 若文件存在并且以可写的方式打开时，此旗标会令文件长度清为0，而原来存于该文件的资料也会消失。

O_APPEND 当读写文件时会从文件尾开始移动，也就是所写入的数据会以附加的方式加入到文件后面。

O_NONBLOCK 以不可阻断的方式打开文件，也就是无论有无数据读取或等待，都会立即返回进程之中。

O_NDELAY 同O_NONBLOCK。

O_SYNC 以同步的方式打开文件。

O_NOFOLLOW 如果参数pathname 所指的文件为一符号连接，则会令打开文件失败。

O_DIRECTORY 如果参数pathname 所指的文件并非为一目录，则会令打开文件失败。

如果打开的文件不存在，则可以使用open函数自动创建文件，即“O_CAEAT”打开方式，此时需要用到第三个参数。

第三个参数mode指定文件权限，可以用八进制数表示，比如0644表示-rw-r--r--，也可以用S_IRUSR、S_IWUSR等宏定义按位或起来表示，参数mode 则有下列数种组合，只有在建立新文件时才会生效，文件权限由open的mode参数和当前进程的umask掩码共同决定，因此该文件权限应该为（mode-umaks）。

S_IRWXU00700 权限，代表该文件所有者具有可读、可写及可执行的权限。

S_IRUSR 或S_IREAD，00400权限，代表该文件所有者具有可读取的权限。

S_IWUSR 或S_IWRITE，00200 权限，代表该文件所有者具有可写入的权限。

S_IXUSR 或S_IEXEC，00100 权限，代表该文件所有者具有可执行的权限。

S_IRWXG 00070权限，代表该文件用户组具有可读、可写及可执行的权限。

S_IRGRP 00040 权限，代表该文件用户组具有可读的权限。

S_IWGRP 00020权限，代表该文件用户组具有可写入的权限。

S_IXGRP 00010 权限，代表该文件用户组具有可执行的权限。

S_IRWXO 00007权限，代表其他用户具有可读、可写及可执行的权限。

S_IROTH 00004 权限，代表其他用户具有可读的权限

S_IWOTH 00002权限，代表其他用户具有可写入的权限。

S_IXOTH 00001 权限，代表其他用户具有可执行的权限。

 

返回值 若所有欲核查的权限都通过了检查则返回0 值，表示成功，只要有一个权限被禁止则返回-1。

 

错误代码 EEXIST 参数pathname 所指的文件已存在，却使用了O_CREAT和O_EXCL旗标。

EACCESS 参数pathname所指的文件不符合所要求测试的权限。

EROFS 欲测试写入权限的文件存在于只读文件系统内。

EFAULT 参数pathname指针超出可存取内存空间。

EINVAL 参数mode 不正确。

ENAMETOOLONG 参数pathname太长。

ENOTDIR 参数pathname不是目录。

ENOMEM 核心内存不足。

ELOOP 参数pathname有过多符号连接问题。

EIO I/O 存取错误。

2．

名称：

close

目标：

关闭一个文件。

头文件：

#include < unistd.h>

函数原形：

int close(int fd)

参数:

fd   文件描述符

返回值：

-1    遇到错误

　　　　

int   关闭成功，返回文件描述符。

      Close这个系统调用会关闭进程和文件fd之间的连接，如果关闭过程中出现错误,close返回-1，如：fd所指的文件并不存在。关闭成功则返回文件描述符。

 

3.

名称：

creat

目标：

创建/重写一个文件

头文件：

#include <sys/types.h>

#include <stat.h>

#include < fcntl.h>

函数原形：

int creat(const char *pathname,mode_t mode)

参数:

pathname  文件名

 

mode     访问模式

返回值：

-1        遇到错误

　　　　/

fd        创建成功,返回文件描述符

      Creat告诉内核创建一个名为filename的文件，如果这个文件不存在，就创建它，如果已经存在，就把它的内容清空，把文件的长度设为0。    

      如果内核成功地创建了文件，那么文件的许可位（permission bits）被设置为由第二个参数mode所指定的值.如：

fd=creat(“addressbook”,0644);

      创建一个名为addressbook的文件，如果文件不存在，那么文件的许可位被设为rw-r-r—.

如果文件已存在它的内容会被清空。任一情况下，fd都会是指向addressbook的文件描述符。

三、文件的读取和写入

4．

名称：

read

目标：

把数据读到缓冲区。

头文件：

#include < unistd.h>

函数原形：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)

参数:

fd      文件描述符

 

buf     用来存放数据的目的缓冲区

 

count    要读取的字节数

返回值：

-1      遇到错误

　　　　

numread 成功关闭，返回所读取的字节数目。

read这个系统调用请求内核从fd所指定的文件中读取qty字节的数据，存放到buf所指定的内存空间中，内核如果成功地读取了数据，就返回所读取的字节数目。否则返回-1。

当文件的字节数没有你想要的那么多时，read就会判断下一个数值是不是’/0’，如果是就停止读取，然后退出。numread返回的是’/0’之前的字节数，也就是是原文件的字节数而不是你想读的字节数。

5.

名称：

write

目标： 

将内存中的数据写入文件。

头文件：

#include < unistd.h>

函数原形：

size_t write(int fd, const void *buf, size_t count)

参数:

fd      文件描述符

 

buf     内存数据

 

count   要写的字节数

返回值： 

-1      遇到错误

　　　　

Num written 成功写入，返回写入的字节数目。

在实际的写入过程中，可能会出现写入的字节数少于所要求的。这可能有两个原因，第一是有的系统对文件的最大尺寸有限制，第二是磁盘空间接近满了。在上述两种情况下内核都会尽力把数据往文件中写，并将实际写入的字节数返回，所以调用write后都必须检查返回值是否与要写入的相同，如果不同就要采取相应的措施。

      学完上面几个系统调用，我们就可以自己编写的cp命令了。它的基本思路是从原文件读取数据写入缓冲，再将缓冲的数据写入目标文件。

 

三、文件描述符操作函数

6．

名称:：

lseek

目标：

使指针指向文件中的指定位置。

头文件：

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

函数原形： 

off_t lseek(int fildes,off_t offset,int whence)

参数：

fildes    文件描述符

offset   移动的距离

wence  SEEK_SET=>文件的开始

       SEEK_CUR=>当前位子

       SEEK_END=>文件结束

返回值：

-1     遇到错误

Ildpos  指针变化前的位子

      lseek改变文件描述符所关联的指针的位置，新的位置由offset和wence来指定，wence是基准位置，基准位子可以是文件的开始（0）、当前位子（1）或文件的结束（2）。 offset是从基准位子开始的偏移量。若wence为SEEK_SET，该文件的偏移设置为距文件开始处offset个字节数。若wence是SEEK_CUR，该文件的偏移设置为其当前值加offset, offset可为正或负。若wence是SEEK_END,该文件的偏移设置为文件长度加offset, offset可为正或负。

      lseek(fd,0,SEEK_END);

      文件位偏移量可以大于文件的当前长度，在这种情况下，对该文件的下一次写将延长该文件，并在文件中构成一个空洞，这一点是允许的。位于文件中没有写过的字节都被读为0。

7.

名称:：

dup/dup2

目标：

复制一个现存的文件描述符.

头文件：

#include <unistd.h>

函数原形： 

int dup(int oldfd)

int dup2(int oldfd,int newfd)

参数：

oldfd   原有文件描述符 

newfd  新的文件描述符

返回值：

-1     遇到错误

int     新文件描述符

　　系统调用dup是用来复制一个文件描述符，也就是将进程u区的文件描述符表中的一项复制一份，使得这两项同时指向系统稳健表的同一表项。

　　系统调用dup复制由参数oldfd指定的文件描述到进程文件描述符表的第一个空表项处。而系统调用dup2复制由参数oldfd指定的文件描述到参数newfd指定的文件描述符表项处。老的文件描述符和新复制的文件描述符可以互换使用。它们共享锁、文件指针和文件状态。例如，对其中一个文件描述符使用系统调用lseek修改文件指针的位置，对另一文件描述符来说文件指针也改变了，其实我们了解了内核的工作原理，这一点很容易理解。因为我们知道，文件指针是放在系统文件表中的。但这两个文件描述符具有不同的close-on-exec标志，因为该标志是存放在文件描述符表中的。

　　该调用成功时，返回值为新的描述符；错误时，返回-1，并设置相应的错误代码errno：

EBADF：参数oldfd不是一个已经打开的文件描述符；或者参数newfd超出允许的文件描述符的取值范围。 

EMFILE：进程打开的文件描述符数量已经到达最大值，但仍然企图打开新的文件描述符。 

　　下面我们来看一个简单的例子。在这个例子中，我们将标准输出（文件描述符为1）关闭，并将一个打开了普通文件“output”的文件描述符复制到标准输出上，因为刚关闭了文件描述符1，所以，文件描述符表的第一个空表项是1。所以，程序以后的printf等向标准输出写的内容都写到了文件中。

利用这个功能我们可以把输出/输入重定向到文件中。下面是一个例子。

dup2的功能和dup基本相同，只不过是dup2复制oldfd到newfd上。下面是用dup2实现同样的例子。

 

利用这两个函数我们可以实现管道的功能，有关管道的内容将在后面介绍。

 

8．

名称:：

fcntl

目标：

改变已经打开文件的性质。

头文件：

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <fcntl.h>

函数原形： 

int fcntl(int fd,int cmd);

int fcntl(int fd,int cmd,long arg);

int fcntl(int fd,int cmd,struct flock *lock);

参数：

fd      文件描述符

cmd    功能描述位

fcntl函数有5种功能：

1      复制一个现存的文件描述符（cmd=F_DUPFD）

2        获得/设置文件描述符标记（cmd=F_GETFD或F_SETFD）

3        获得/设置文件状态标志（cmd=F_GETFL或F_SETFL）

4        获得/设置异步I/O所有权（cmd=F_GETOWN或F_SETOWN）

5        获得/设置记录锁（cmd=F_GRTLK,F_SETLK或Ｆ_SETLKW）

 

fcntl的功能之一是重复文件描述字。

fcntl (FileDescriptor, F_DUPFD, 0)等价于Dup(FileDescriptor)

close (New); fcntl(Old, F_DUPFD, New)等价于dup2 (Old,New)

 

fcntl的功能之二获得/设置文件描述符标记。

获得文件描述标记fcntl (FileDescriptor, F_GETFD)

设置文件描述标记fcntl(FileDescriptor, F_SETFD, flags)

 

fcntl的功能之三获得/设置文件状态标签，文件状态标签分为3类它们是文件访问方式、打开时标志和I/O操作方式。