Linux系统编程(1) —— 文件IO

本文主要对Linux系统中文件I/O的基本操作进行说明。

在Linux系统编程中，对文件进行处理的流程，通常是：

• 打开文件
• 读写文件
• 关闭文件

Linux内核对每一个进程维护一个打开的文件列表， 该文件列表称为文件表(file table).

而对该文件表进行访问时，是通过一个整数进行索引，该整数索引称为文件描述符（file descriptor，简称fds）

文件表中各个表项包含打开的文件的如下信息：

•  指针 -—— 指向文件备份索引节点在内存中的拷贝
• 相关的元数据 —— 文件位置和访问模式

在用户空间和内核空间都使用文件描述符(fds)作为唯一的cookies

打开一个文件，返回一个文件描述符。在后续的操作中，比如读取文件，写文件等。都使用文件描述符作为入参来调用对应的操作函数。

文件描述符使用C语言中的int类型来表示。

Linux进程有一个打开最大文件个数的限制。 文件描述符从0开始，逐步增加直到最大的值。缺省情况下为1024， 可以配置最大为1048576.

负值通常认为是非法的文件描述符。-1通常表示返回的错误值。

注：

每个进程按惯例至少有三个文件描述符：0,1和2

文件描述符0（fds 0）：标准输入

文件描述符1（fds 1）：标准输出

文件描述符2（fds 2）：标准错误

不过进程可以显式的关闭它们。

在C库中，定义了预处理宏：
SDTIN_FILENO, STDOUT_FILENO, STDERR_FILENO.

通常， stdin：连接终端的输入设备（通常用户键盘）

            stdout和stderr：连接到终端的输出设备（通常显示屏）

不过通常也重定向这些标准文件描述符。以及通过pipe把一个程序的输出作为另一个程序的输入。

这些就是shell实现的重定向和管道（pipes）

缺省情况下，子进程获得父进程的文件表的拷贝， 即打开的文件列表，访问模式，当前文件位置和其他一些元数据都是一样的。

但是有一点区别， 子进程关闭一个文件，不影响其他进程的文件表。 这让子进程和父进程共享文件列表成为可能（例如thread）。

打开文件

open()系统调用

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int open (const char *name, int flags);int open (const char *name, int flags, mode_t mode);

open()的作用就把文件名(name)映射为一个文件描述符。

const char *name: 文件名

int flag: 是按bit位进行或操作的。它必须包括一个访问模式（例如O_RDONLY, O_WRONLY或O_RDWR）

举例：

int fd;fd = open ("/home/fantasy/text", O_RDONLY);if (fd == −1)    /* error */

该段代码表示打开的文件，只能进行读取，不能进行写操作。

flag的取值，可从下表中获取进行bit位或操作

flga标志作用O_APPEND追加模式O_ASYNC只能用于FIFO，管道，sockets和terminal，不能用于普通文件O_CLOEXEC O_CREAT若文件不存在，将创建该文件，若文件已存在，这该表示无效除非指定了O_EXCLO_DIRECT O_DIRECTORY O_EXCL O_LARGEFILE O_NOATIME+ O_NOCTTY O_NOFOLLOW O_NONBLOCK O_SYNC O_TRUNC 

mode_t mode:

mode标志作用S_IRWXUOwner has read, write, and execute permissionS_IRUSEROwner has read permissionS_IWUSEROwner has write permissionS_IXUSEROwner has execute permissionS_IRWXGGroup has read, write, and execute permissionS_IRGRPGroup has read permissionS_IWGRPGroup has write permissionS_IXGRPGroup has execute permissionS_IRWXOEveryone else has read, write, and execute permissionS_IROTHEveryone else has read permissionS_IWOTHEveryone else has write permissionS_IXOTHEveryone else has execute permission

creat()函数

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int creat (const char *name, mode_t mode);

读取文件

read()系统调用

#include <unistd.h>ssize_t read (int fd, void *buf, size_t len);

从文件中读取len长度的字节到buf指向的内存空间中。该函数的返回值是写入buf中的字节数。若返回-1，表示read失败。

同时文件的读取位置向后移动读取的字节数。

写入文件

write系统调用

#include <unistd.h>ssize_t write (int fd, const void *buf, size_t count);

从buf中写count字节到文件的当前位置。

关闭文件

当程序完成了对文件的操作后，调用close()系统调用来关闭该文件

#include <unistd.h>int close (int fd);

close()取消打开的文件描述符fd的映射，并取消文件和进程的关联。

调用close()对，对应的描述符就不再有效。

close()返回0表示成功，返回-1表示错误。

if (close (fd) == −1)    perror ("close");

实例：

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <fcntl.h>#define BUF_SIZE 1024int main(){    int from_fd;    int to_fd;    to_fd = open("/home/fantasy/test.txt", O_WRONLY | O_CREAT);    if (-1 == to_fd)    {        printf("open the file fail\n");    }    const char *buf = "write file!";    ssize_t nr;    nr = write(to_fd, buf, strlen(buf));    if (-1 == nr)    {        printf("write the file fail\n");    }    from_fd = open("/home/fantasy/test.txt", O_RDONLY);    if (-1 == from_fd)    {        printf("open the file fail\n");    }    char read_buf[BUF_SIZE];    nr = read(from_fd, read_buf, BUF_SIZE);    if (-1 == nr)    {        printf("read the file fail\n");    }    else    {        printf("readbuf = %s\n", read_buf);    }    close(to_fd);    close(from_fd);}