Linux文件操作

tags: Linux 文件

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1. 文件概念

• 文本文件：每个字节存放一个ASCII码字符
• 二进制文件：数据按其在内存中的存储形式原样存放
• 缓冲区文件系统：系统自动为正在使用的问价开辟内存缓冲区。如：遵循SNSI标准的I/O函数
• 非缓冲区文件系统：用户在程序中为每个文件设定缓冲区，每访问一次都需要执行一次系统调用。如：遵循POSIX标准的系统调用I/O函数
• ANSI标准C函数使用全缓冲，行缓冲，无缓冲3中缓冲区处理方式
• 系统启动时默认打开3个流：stdin, stdout, stderr.

2. SNSI C标准文件I/O操作

3. Linux文件结构

简述

1. /bin：存放普通用户的可执行命令
2. /boot：Linux内核及启动系统时所需要的文件
3. /dev：设备文件
4. /etc：存放系统的配置文件
5. /home：普通用户的主目录
6. /lib：存放库文件
7. /proc：虚拟文件系统，只在系统运行时存在，可以获取系统的状态信息并且修改某些系统的配置信息
8. /root：超级用户的家目录
9. /sbin：存放用于管理系统的命令
10. /tmp：临时文件目录
11. /usr：用于存放系统应用改程序及相关文件
12. /var：用于存放系统中经常变化的文件。

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• 对物理磁盘的访问都是通过设备驱动程序来进行的,有两种途径
  
  1. 通过设备驱动本身提供的接口（会给系统带来不确定性）
  2. 通过虚拟文件系统（vfs）提供的应用程序接口。

文件分类

1. 普通文件：对普通文件的解释由应用程序完成
2. 目录文件：只有内核可以写文件目录
3. 字符特殊文件：表示系统中字符类型的设备，比如键盘，鼠标
4. 块特殊文件：表示系统中块类型设备，如硬盘，光驱等
5. FIFO：命名管道用于进程间通信
6. 套接字：用于网络通信
7. 符号连接：是另一个文件的引用

文件访问权限

1. int chmod(const char* path, mode_t mode
   
   • 以文件名作为第一参数
2. int fchmod(int fildes, mode_t mode)
   
   • 以文件描述符作为第一参数
   • 成功返回0，失败返回-1，错误代码存于系统预定义变量errno中

字符常量值 八进制值 含义 S_IRUSR(S_IREAD) 00400 文件所有者具有可读权限 S_IWUSR(S_IWRITE) 00200 文件所有者具有可写权限 S_IXUSR(S_IEXEC) 00100 文件所有者具有可执行权限 S_IRGRP 00040 用户组具有可读权限 S_IWGRP 00020 用户组具有可写权限 S_IXGRP 00010 用户组具有可执行权限 S_IROTH 00004 其他用户具有可读权限 S_IWOTH 00002 其他用户具有可写权限 S_IXOTH 00001 其他用户具有可执行权限 S_ISUID 04000 文件的set user-id on execution 位 S_ISGID 02000 文件的set group-id on execution 位 S_ISVTX 01000 文件的sticky位

文件操作

文件打开

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

• pathname：要打开或创建的含路径的文件名
• flags: 打开方式
  
  1. O_RDONLY :只读
  2. O_WRONLY ：只写
  3. O_RDWR ：读写
• 可以与下列标志进行或运算
  
  1. O_CREAT ：不存在自动创建，需要mode指明权限。新文件的权限是mode&~umask运算后的权限
  2. O_EXCL ：如果O_CREAT被设置，不存在自动创建，存在打开错误
  3. O_TRUNC ：若文件存在并且以可写方式打开，将文件长度清零，文件属性不变
  4. O_APPEND：追加
  5. O_SYNC：任何对文件的修改会阻塞，知道物理磁盘上的数据同步以后才返回
  6. O_NOFOLLOW：如果文件为符号连接,打开失败
  7. O_DIRECTORY：如果不是目录，打开失败
  8. O_NONBLOCK或O_NDELAY：以非阻塞方式打开，对于open和随后的操作都会立即返回。

文件创建

int create(const char *pathname, mode_t mode)

• 如果文件已经存在则会被新文件覆盖，如果不存在创建
• 相当于open(pathname, (O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUCN)
• 成功调用后返回一个文件描述符，错误会-1
• 无法创建设备文件，设备文件要使用mknod函数

文件关闭

int close(int fd)

• 成功返回0，错误返回-1
• 成功时，并不代表数据全部写会硬盘
• 进程结束时，内核会自动关闭所有的文件

文件读

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

• 从fd指向的文件中读取count字节的数据到buf
• 返回值代表实际读取的字节数
• 返回0，表示到达文件尾，或者没有可读取的数据。错误返回-1

文件写

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

• 调用成功返回写入的字节数，错误返回-1

文件定位

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

• 用来公职读写位置
• whence取值
  
  1. SEEK_SET 文件开始处计算偏移
  2. SEEK_CUR 当前位置计算偏移，offset允许负值
  3. SEEK_END 文件结束处计算偏移，offset允许负值
• lseek允许文件指针设置到文件结束符EOF之后，如果这样，EOF处后写入的数据之间将会存在一个间隔，如果使用read读取这个间隔的数据会得到数据0
• 当调用成功时返回当前的读写位置，也就是距离文件开始处多少个字节，错误返回-1

dup, dup2, fcntl, ioctl系统调用

int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd)

• dup用来复制参数oldfd所指的文件描述符，复制成功时返回最小尚未被使用的文件描述符，错误返回-1
• 返回的新文件描述符合参数oldfd指向同一个文件，共享所有的锁定，读写指针和各项权限和标志位。两个描述符的操作是同步的
• dup2可以指定新文件描述符的值，如果newfd被进程使用，系统会将其关闭。如果两个相等，不关闭，返回newfd，调用成功返回新的描述符，错误返回-1

fcntl(int fd, int cmd)
fcntl(int fd, int cmd, long arg)
fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock)

• cmd

  1. F_DUPFD：功能与dup一样
  2. F_GETFD：用来获取close-on-exec标志，成功返回标志值，若标志值最后一位是0，则该标志没有被设置，意味着在执行exec相关函数后文件描述符仍保持打开，否则在执行exec后将关闭文件描述符。失败返回-1
  3. F_SETFD：设置文件描述符的close-on-exec标志位第三个参数arg的最后一位。成功返回0失败-1
  4. F_GETFL：获得文件的打开方式，成功返回标志值，失败-1
  5. F_SETFL：设置文件打开的方式为设置O_APPEND,O_NONBLOCK，O_SAYNC标志
  6. F_SETLK：用来设置或者释放锁，当l_type取F_UNLCK时释放锁，如果锁被其他进程占用，返回-1，设置errno为EACCES或EAGAIN。当设置一个读锁时，分段所指向的文件必须以可读方式打开，设置写锁时fd指向的文件必须以可写方式打开。当设置两种锁时，fd指向的文件必须以读写方式打开，fd被close时，锁会自动释放
  7. F_SETLKW：与cmd取F_SETLK时类似，不同的是当希望设置的锁因为存在其他锁而被阻止 设置时，该命令会一直等待冲突的锁被释放
  8. F_GETLK：lock指向一个希望设置的锁的属性的结构，如果锁能被设置，该命令并不真的设置锁，而是只修改lock的l_type域为F_UNLCK，然后返回。如果存在一个或多个锁与希望设置的锁冲突时会返回第一个锁的flock结构
  9. F_GETOWN 返回接受SIGIO或SIGURG信号的进程ID或进程组，进程组ID以负值返回
  10. F_SETOWN 设置进程或进程组接受SIGIO和SIGURG信号，进程组ID以负值指定，进程ID用正值指定
  11. F_GETSIG 可在输入输出是获得发送信号
  12. F_SETSIG 设置在输入输出时发送的信号

• cmd取6,7,8时成功返回0，失败-1.

struct flock {    short_l_type;   //锁的类型    short_l_whence; //偏移起始位置    off_t_l_start;  //开始位置    off_t_l_len;    //锁定的字节数    pid_t_l_pid;   //所得属主进程id};

• 对于有些应用程序，有事进程需要确保它正在单独写一个文件。Linux提供了记录锁机制
• l_type用来指定的是共享锁（F_RDLCK，读锁）还是互斥锁（F_WDLCK，写锁）
• 读锁可以多个进程同时使用，写锁只能一个进程单独使用
• 一个进程只能设置某一文件区域上的一种锁。
• 为了锁定整个文件，通常将l_start说明为0，l_whence说明为SEEK_SET,l_len说明为0

int ioctl(int fd, int request, …)

• 用来控制特殊设备文件的属性，分段必须是一个已经打开的文件描述符，第三个参数一般为char *argp，随request不同而不同

文件属性操作

int stat(const char* filename, struct stat *buf)
int fstat(int filedes, struct stat *buf)
int lstat(const char *file_name, strutc stat *buf);

• 执行成功时返回0，失败返回-1
• stat：用于获取file_name指定的文件名的状态信息，保存在buf中
• fstat是通过文件描述符来指定文件的，
• 对于链接文件lstat返回的是符号链接文件本身的状态信息，stat返回的是符号链接指向的文件状态信息

struct stat {    dev_t   st_dev;   //文件设备编号    ino_t   st_ino;     //i节点编号    mode_t  st_mode;    //文件类型和存取权限    nlink_t st_nlink;  //连到该文件的硬链接数目，刚建立的文件值是1    uid_t   st_uid; //文件所有者的用户ID    gid_t   st_gid; //文件所有者的组id    dev_t   st_rdev; //若是设备文件，则为设备编号    off_t   st_size; //文件大小    blksize_t   st_blksize; //文件系统I/O缓冲区大小    blkcnt_t    st_blocks; //占用文件区块个数，每个512字节    time_t  st_atime; //最近一次被访问的时间    time_t  st_mtime; //最近一次被修改的时间    time_t  st_ctime; //最近一次被更改的时间};

• 若某一目录具有sticky位（S_ISVTX)则表示在此目录下的文件只能被该文件所有者，此目录所有者或root来删除或改名
• 对于st_mode包含的文件类型信息，POSIX标准定义的宏
  
  1. S_ISLNK(st_mode)：判断是否为符号链接
  2. S_ISREG(st_mode)：一般文件
  3. S_ISDIR(st_mode)：目录文件
  4. S_ISCHR(st_mode)：字符设备文件
  5. S_ISBLK(st_mode)：块设备文件
  6. S_ISFIFO(st_mode)：是否为先进先出FIFO
  7. S_ISSOCK(st_mode)：socket

int chown(const char *path, uid_t owner, git_t group);
int fchown(int fd, uid_t owner, git_t group)
int lchown(const char *path, uid_t owner, git_t group)

• chown会将path指定的文件所有者id变为owner代表的用户id，而将文件所有者的组id变更为参数group组id
• fchown和上面功能一样，只不过以文件描述符作为参数
• lchown与上面功能一样，在某个文件是符号链接的情况下，lchown更改符号链接本身的所有者id，而不是该符号链接所指向的文件
• 文件的所有者只能改变文件的组id为其所属组中的一个，超期用户才能修改文件的所有者id
• 如果owner，group指定为-1，文件的用户id和组id不会被改变
• 成功返回0，失败-1
• chown系统调用会清除set-uid位和set-gid 位

int truncate(const char *path, off_t length)
int ftruncate(int fd, off_t length)

• 将path指向文件大小该为参数length指定的大小，如果原本的文件大小比参数length大，则超过的部分被删除，如果小，则会被扩展，扩展部分以0填充
• 成功返回0，失败-1

int utime(const char *filename, struct utimbuf *buf)
int utimes(char *fiilename, struct timeval *tvp)

struct utimbuf {    time_t actime;    time_t modtime;};

• 会吧filenmae指定的文件的存取时间改为buf中的actime，修改时间改为modtime
• 如果buf为NULL，则将存取时间和修改时间改为当前时间
• 成功返回0，失败-1

mode_t umask(mode_t mask);

• umask用于设置文件创建时使用的屏蔽字
• 参数mask可以直接去数值也可以为open系统调用第三个参数mode的11个宏或他们的组合

文件的移动和删除

int rename(const char *oldpath, const char *newpath)

• 将oldpath所指定的文件名称修改为newpath所指定的文件名称，若newpath所指定的文件已经存在，则原文件会被删除
• 成功0，失败-1

int unlink(const char *pathname);
int remove(const char *pathname)

• remove内部封装了unlink和rmdir
• unlink从文件系统中删除一个文件，如果文件的链接数为0，且没有进程打开这个文件，则文件被删除且祁占勇的磁盘空间被释放，如果有进程打开这个文件，则文件暂时不删除，知道进程结束。可以确保即使进程崩溃，它所创建的临时文件也不会遗留下俩
• pathname若指向一个符号链接，则该链接被删除，若指向一个socket，FIFO或这杯文件，该名字呗删除，但已经打开这些文件的进程仍可以使用这些特殊文件
• 成功返回0，失败-1

目录创建

int mkdir(const char *pathname， mode_t mode）

• mkdir创建一个新的空目录，目录存取权由mode指定
• 新创建的目录的uid和创建该目录进程一致，如果附近陈该设置了st_gid位，则新创建的目录页设置st_gid位
• 成功0，失败-1

目录删除

int rmdir(const char *pathname)

• 成功0，失败-1
• 只能删除有pathname指定的空目录

目录其他操作

char *getcwd(char *buf, size_t size)
char *get_current_dir_name(void)
char *getwd(char *buf)

• getcwd将会把当前的工作目录局对路径复制到buf所指的内存空间，如果size太小，则返回NULL，若buf为NULL，会根据size自动分配内存，如果size也为0，则会自动确定大小，进程可以在使用完释放空间
• 复制到buf所指定的内存空间，或是返回自动配置的字符串指针，失败返回NULL
• 如果定义了_GNU_SOURCE,则可使用函数get_current_dir_name获取当前工作目录，自动分配空间来存放路径
• 如果设置了PWD，则返回PWD的值
• 如果定义了_BSD_SOURCE或_XOPEN_SOURCE_EXTENDED则也可使用getwd获取当前工作目录。不自动分配内存，buf大小至少为PATH_MAX,getwd仅返回工作目录局对路径字符串的前PATH_MAX个字符

int chdir(const char *path)
int fchdir(int fd)

• chdir将当前目录改为由参数path指向的目录
• fchidr将目录改为fd指定的目录
• chdir实现代码中不允许对path所指向的字符串的内容进行改变
• 成功0，失败-1

目录打开

DIR *opendir(const char *name)

• 打开name指定的目录，返回目录流，失败返回NULL

struct dirent *readdir(DIR *dir)

• 从dir中读取目录项信息

struct dirent {    long d_ino; //目录i节点编号    off_t d_off; //目录文件开头至此目录进入点的位移    unsigned short d_reclean; //d_name的长度    char d_name[NAME_MAX+1]; //文件名，以NULL结尾};

• 若第一次调用该函数，则返回该目录下第一个文件的信息，第二次调用返回该目录下的第二个文件的信息，一次类推。如果没有返回NULL

目录关闭

int closedir(DIR *dir)

• 关闭dir指向的目录
• 成功0，错误-1