Linux下文件I/O操作的相關(guān)知識

　　Linux文件I/O主要指的是文件的輸入輸出，很多初學(xué)者對文件的I/O不是很了解，Linux文件I/O的操作較多，下面小編就給大家詳細(xì)介紹下Linux文件I/O。

　　linux 文件I/O教程（1）

　　一，文件描述符

　　對內(nèi)核而言，所以打開的文件都通過文件描述符引用。每個進(jìn)程都有一些與之關(guān)聯(lián)的文件描述符。文件描述符是一個非負(fù)整數(shù)。當(dāng)打開一個現(xiàn)有文件或創(chuàng)建一個新文件時，內(nèi)核向進(jìn)程返回一個文件描述符。當(dāng)讀或?qū)懸粋�文件時，使用open或creat返回的文件描述符標(biāo)識該文件，將其作為參數(shù)傳送給read和write。

　　一般有三個以及打開的文件描述符，他們是：

　　代碼如下：

　　0：標(biāo)準(zhǔn)輸入 STDIN_FILENO

　　1：標(biāo)準(zhǔn)輸出 STDOUT_FILENO

　　2標(biāo)準(zhǔn)錯誤輸出 STDERR_FILENO

　　每行后面的符號常量是依從POSIX而定的。

　　open函數(shù)

　　代碼如下：

　　#include 《sys/types.h》

　　#include 《sys/stat.h》

　　#include 《fcntl.h》

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

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

　　pathname是要打開或創(chuàng)建文件的名字。

　　flag用來定義打開文件所采取的的動作，必須調(diào)用以下模式之一

　　O_RDONLY， O_WRONLY， O_RDWR分別代表只讀，只寫，讀寫方式打開。

　　open還可以包括以下可選模式的組合

　　O_APPEND：把寫入數(shù)據(jù)追加到文件的尾端

　　O_CREAT：若文件不存在，則創(chuàng)建它。使用此選項(xiàng)時，需要第三個參數(shù)mode，用其指定該新文件的訪問權(quán)限。

　　O_EXCL：如果同時指定了O_CREAT，而文件存在，則會出錯。用此可以測試一個文件是否存在，如果存在，則創(chuàng)建文件，這使測試和創(chuàng)建兩者成為一個原子操作。

　　O_TRUNC： 如果此文件存在，而且為只寫或讀寫成功打開，則將其長度截為0。

　　open返回的文件描述符一定是最小的未用描述符數(shù)值。這一點(diǎn)被某些應(yīng)用程序用在標(biāo)準(zhǔn)輸入，標(biāo)準(zhǔn)輸出或標(biāo)準(zhǔn)錯誤輸出上。如，一個程序關(guān)閉了自己的標(biāo)準(zhǔn)輸出，然后再次調(diào)用open，文件描述符1就會被調(diào)用，并且標(biāo)準(zhǔn)輸出將被有效的重定向到另一個文件或設(shè)備。

　　POSIX規(guī)范還標(biāo)準(zhǔn)化了一個creat調(diào)用，此函數(shù)等效于

　　open（pathname，O_WONLY |O_CREAT | O_TRUNC， mode）;

　　close函數(shù)

　　#include 《unistd.h》

　　int close（int fd）;

　　close調(diào)用終止一個文件描述符fd與對應(yīng)文件之間的關(guān)聯(lián)。文件描述符被釋放后并能重新使用。close調(diào)用成功返回0，出錯返回-1.

　　關(guān)閉一個文件時會釋放該進(jìn)程加在文件上的所有記錄鎖。當(dāng)一個進(jìn)程終止時，內(nèi)核自動關(guān)閉它所有打開的文件。

　　lseek函數(shù)

　　每個打開的文件都有一個與其相關(guān)聯(lián)的”當(dāng)前文件偏移量”。按系統(tǒng)默認(rèn)情況，當(dāng)打開一個文件時，除非指定O_APPEND選項(xiàng)，否則該偏移量被設(shè)置為0。lseek可以為一個打開的文件設(shè)置偏移量。

　　代碼如下：

　　#include 《sys/types.h》

　　#include 《unistd.h》

　　off_t lseek（int fd， off_t offset， intwhence）;

　　offset用來指定位置，whence參數(shù)定義該偏移值的用法。whence可取以下值：

　　代碼如下：

　　SEEK_SET： The offset is set to offset bytes.

　　SEEK_CUR： The offset is set to its current locationplus offset bytes.

　　SEEK_END： The offset is set to the size of the fileplus offset bytes.

　　成功調(diào)用返回從文件頭到文件指針被設(shè)置處的字節(jié)偏移值，失敗返回-1。參數(shù)offset定義在《sys/types.h》中。

　　當(dāng)偏移量大于文件長度時，出現(xiàn)空洞，空洞不占用存儲區(qū)。

　　read函數(shù)

　　代碼如下：

　　#include 《unistd.h》

　　ssize_t read（int fd， void *buf， size_tcount）;

　　將與文件描述符fd關(guān)聯(lián)的文件中讀入count個字符放到buf中。返回讀入的字節(jié)數(shù)，它可能小于請求的字節(jié)數(shù)。如果read調(diào)用返回0，就表示未讀入任何數(shù)據(jù)，已到達(dá)了文件尾。返回-1，就表示出錯。

　　write函數(shù)

　　代碼如下：

　　#include 《unistd.h》

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

　　把緩沖區(qū)buf的前count個字節(jié)寫入與文件描述符fd相關(guān)聯(lián)的文件中。返回實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)，通常與count值相同；否則表示出錯。出錯的一個常見原因是：磁盤已寫滿，或者超出了一個給定進(jìn)程的文件長度限制。

　　實(shí)例：創(chuàng)建一個文件，寫入數(shù)據(jù)，移動當(dāng)前偏移量，在讀數(shù)據(jù)。

　　代碼如下：

　　#include《unistd.h》 //《unistd.h》必須最早出現(xiàn)，因?yàn)樗�可能會影響到其他頭文件。#include《stdio.h》

　　#include《fcntl.h》

　　#include《string.h》

　　#include《errno.h》

　　int main（）

　　{

　　char* filename = “。//file”;

　　char buf［100］;

　　char buf1［5］;

　　int fd;

　　printf（“open a file to write\n”）;

　　if（（fd = open（filename，O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC，S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH ））==-1）

　　{

　　perror（“cannot open file\n”）;

　　return 1;

　　}

　　printf（“open file successfully！\n”）;

　　printf（“input a string：”）;

　　gets（buf）;

　　//write intofile

　　if（write（fd，buf，strlen（buf）） ！=strlen（buf））

　　{

　　perror（“cannot write intofile\n”）;

　　return 1;

　　}

　　close（fd）;

　　printf（“open file to read.\n”）;

　　if（（fd=open（filename，O_RDONLY）） == -1）

　　{

　　perror（“cannot open thefile.\n”）;

　　return 1;

　　}

　　if（lseek（fd，3，SEEK_SET） == -1）

　　{

　　perror（“lseek erroe\n”）;

　　return 1;

　　}

　　//read from the file

　　if（read（fd，buf1，4）==-1）

　　{

　　perror（“read error.\n”）;

　　return 1;

　　}

　　printf（“read from file is%s\n”，buf1）;

　　close（fd）;

　　return 0;

　　}

　　執(zhí)行與輸出結(jié)果：

　　代碼如下：

　　root@jb51：~$gcc -o io io.c

　　root@jb51：~$./io

　　open a file towrite

　　open filesuccessfully！

　　input a string:akxivbaslzkncxcasbxbwwvaidxbd

　　open file toread.

　　read from fileis ivba

　　linux 文件I/O教程（2）

　　下面介紹了linux中有關(guān)文件I/O的相關(guān)內(nèi)容，內(nèi)核使用三種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示打開的文件，他們之間的關(guān)系決定了在文件共享方面一個進(jìn)程對另一個進(jìn)程可能產(chǎn)生的影響。

　　一，文件共享

　　內(nèi)核使用三種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示打開的文件，他們之間的關(guān)系決定了在文件共享方面一個進(jìn)程對另一個進(jìn)程可能產(chǎn)生的影響。

　　1） 每個進(jìn)程在進(jìn)程表中都有一個記錄項(xiàng)，記錄項(xiàng)中包含一張打開文件描述表，可將其視為一個矢量，每個描述符占用一項(xiàng)。與每個文件描述符相關(guān)聯(lián)的是：

　　a） 文件描述符標(biāo)志

　　b） 指向一個文件表項(xiàng)的指針

　　2） 內(nèi)核為所有打開文件維持一張文件表。每個文件表項(xiàng)包含：

　　a） 文件狀態(tài)標(biāo)志（讀、寫、讀寫、添些、同步和阻塞等）

　　b） 當(dāng)前文件偏移量

　　c） 指向文件v節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)的指針

　　3） 每個打開文件（或設(shè)備）都有一個v節(jié)點(diǎn)（v-node）結(jié)構(gòu)。v節(jié)點(diǎn)包含了文件類型和對比文件進(jìn)行各種操作的函數(shù)的指針。對于大多數(shù)文件，v節(jié)點(diǎn)還包含了該文件的i節(jié)點(diǎn)。i節(jié)點(diǎn)包含文件所有者、文件長度、文件所在的設(shè)備、指向文件實(shí)際數(shù)據(jù)塊在磁盤上所在位置的指針等。

　　打開文件的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　如果兩個進(jìn)程各自打開了同一個文件，則如圖2所示。假定第一個進(jìn)程在文件描述符3打開上該文件，而另一個進(jìn)程在文件描述符4上打開該文件。每個進(jìn)程都得得到一個文件表項(xiàng)，但對一個給定的文件只有一個v節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)。每個進(jìn)程都有自己的文件表項(xiàng)的一個理由是：使每個進(jìn)程都有自己對該問價的當(dāng)前偏移量。

　　現(xiàn)在對前一節(jié)文件I/O（1）的幾個操作進(jìn)一步說明：

　　1． 完成write之后，文件中當(dāng)前偏移量即所增加的字節(jié)數(shù)。如果當(dāng)前偏移量大于文件長度，則將i節(jié)點(diǎn)中當(dāng)前文件長度設(shè)為當(dāng)前文件偏移量。

　　2． 用O_APPEND打開一個文件，相應(yīng)標(biāo)志會被設(shè)置到文件狀態(tài)標(biāo)識中。每次寫時，當(dāng)前偏移量會被設(shè)置為i節(jié)點(diǎn)中的文件長度

　　3． lseek定位到文件尾端時，則文件當(dāng)前偏移量會被設(shè)置為當(dāng)前文件長度。

　　可能有多個文件描述符指向同一文件表項(xiàng)。調(diào)用dup和fork時都能看到這一點(diǎn)。

　　多個進(jìn)程讀同一文件能正確工作。但多個進(jìn)程寫同一文件時，可能產(chǎn)生預(yù)期不到的后果。可以利用原子操縱避免這種情況。

　　原子操作

　　一般而言，原子操作指的是由多部組成的操作。如果該院自地執(zhí)行，要么執(zhí)行完所以步驟，要么一步也不執(zhí)行。

　　1. 添加至一個文件

　　考慮一個進(jìn)程，它要講數(shù)據(jù)添加到一個文件尾端。早期UNIX不支持open，所以可以如下實(shí)現(xiàn)：

　　代碼如下：

　　if（lseek（fd， 0L， 2）《0）

　　err_sys（“lseekerror”）;

　　if（write（fd， buf， 100） ！= 100）

　　err_sys（“writeerror”）;

　　對于單個進(jìn)程，這段程序能正常工作。但多個進(jìn)程就不一定。結(jié)社進(jìn)程A和B都對同一文件進(jìn)行添加操作。每個進(jìn)程都打開該文件，此時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間關(guān)系如圖2中所示。假定A調(diào)用lseek，將A的當(dāng)前偏移量設(shè)置為1500。進(jìn)程B執(zhí)行l(wèi)seek也將其當(dāng)前偏移量設(shè)為1500。然后B調(diào)用write，將當(dāng)前偏移量增至1600。然后內(nèi)核又進(jìn)行進(jìn)程切換使進(jìn)程A恢復(fù)運(yùn)行，當(dāng)A調(diào)用write時，從其當(dāng)前偏移量1500處將數(shù)據(jù)寫入，將替換B剛寫入到該文件中的數(shù)據(jù)。

　　問題出在邏輯操作“定位到文件尾端處，然后寫“使用了兩個分開的函數(shù)調(diào)用。解決辦法是使這兩個操作成為一個原子操作。O_APPEND標(biāo)識，使內(nèi)核每次對文件進(jìn)行寫之前，都將進(jìn)程當(dāng)前偏移量設(shè)置到該文件的尾端處。

　　2．pread和pwrite函數(shù)

　　原子性地定位搜索和執(zhí)行I/0。

　　代碼如下：

　　#include 《unistd.h》

　　ssize_t pread（int fd， void *buf， size_tcount， off_t offset）;

　　ssize_t pwrite（int fd， const void *buf，size_t count， off_t offset）;

　　ssize_t pread（int fd， void *buf， size_tcount， off_t offset）;

　　ssize_t pwrite（int fd， const void *buf，size_t count， off_t offset）;

　　dup和dup2函數(shù)

　　代碼如下：

　　#include 《unistd.h》

　　int dup（int oldfd）;

　　int dup2（int oldfd， int newfd）;

　　上面兩個函數(shù)都可用來復(fù)制一個現(xiàn)存的文件描述符。

　　由dup返回的新文件描述符一定是當(dāng)前可用文件描述符中的最小數(shù)值。用dup2則可以用newfd參數(shù)指定新描述符的數(shù)值。如果newfd已經(jīng)打開，則先將其關(guān)閉。如果newfd等于oldfd，則dup2返回newfd而不關(guān)閉它。

　　假定我們的進(jìn)程執(zhí)行了：

　　newfd = dup（1）;

　　當(dāng)此函數(shù)執(zhí)行時，假設(shè)下一個可用的描述符是3。因?yàn)檫@兩個描述符指向同一個文件表項(xiàng)，所以他們共享文件標(biāo)志以及同一文件偏移量。

　　sync、fsync和fdatasync

　　代碼如下：

　　#include 《unistd.h》

　　void sync（void）;

　　int fsync（int fd）;

　　int fdatasync（int fd）;

　　當(dāng)將數(shù)據(jù)寫入文件時，內(nèi)核通常將數(shù)據(jù)復(fù)制到一個緩沖區(qū)，直到緩沖區(qū)寫滿，再將緩沖區(qū)排路輸出隊(duì)列，然后等待其到達(dá)隊(duì)首，才進(jìn)行實(shí)際的I/O操作。這種輸出防暑被稱為延遲寫。延遲寫減少了磁盤的讀寫次數(shù)，但卻降低了文件內(nèi)容的跟新速度。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，延遲寫可能造成文件跟新內(nèi)容的丟失。為了保證磁盤上實(shí)際文件系統(tǒng)與緩沖區(qū)高速緩存中內(nèi)容一致性，UNIX系統(tǒng)提供了sync、fsync和fdatasync 三個函數(shù)。

　　fcntl函數(shù)

　　代碼如下：

　　#include 《unistd.h》

　　#include 《fcntl.h》

　　int fcntl（int fd， int cmd， 。。。 /* arg */ ）;

　　可以改變已經(jīng)打開文件的性質(zhì)。

　　復(fù)制一個現(xiàn)有的描述符（cmd=F_DUPFD）

　　獲得或設(shè)置文件描述符（cmd=F_GETFD|F_SETFD）

　　獲得或設(shè)置文件狀態(tài)標(biāo)志（cmd=F_GETFL|F_SETFL）

　　獲得或設(shè)置異步I/O所有權(quán)（cmd=F_GETOWN|F_SETOWN）

　　獲得或設(shè)置記錄鎖（cmd=F_GETLK|F_SETLK、F_SETLKW）

　　可以用fcntl函數(shù)設(shè)置文件狀態(tài)，常用設(shè)置套接字描述符為非阻塞O_NONBLOCK

　　ioctl函數(shù)

　　#include 《sys/ioctl.h》

　　int ioctl（int d， int request， 。。。）;

　　提供了一個用于控制設(shè)備及其描述符行為和配置底層服務(wù)的接口。

　　/dev/fd

　　打開文件/dev/fd/n等效于復(fù)制描述符n。

　　上面就是Linux文件I/O的相關(guān)介紹了，通過這些介紹相信你已經(jīng)對文件I/O有了進(jìn)一步的了解，如果你還想了解更多的相關(guān)知識的話，不妨多多關(guān)注本網(wǎng)站吧。