【Linux】低级IO
| 阿里云国内75折 回扣 微信号：monov8 |
| 阿里云国际，腾讯云国际，低至75折。AWS 93折 免费开户实名账号 代冲值 优惠多多 微信号：monov8 飞机：@monov6 |
目录
一、文件的概念
1、空文件在磁盘中也会占据空间因为文件=内容+属性Linux的文件内容和文件属性是分开存储的
2、文件路径+文件名具有唯一性如果没有指明文件路径默认在当前路径下进行文件访问
3、文件操作的本质是进程和被打开文件的关系。
二、C语言文件操作回顾
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define FILE_NAME "log.txt"
int main()
{
//FILE* fp=fopen(FILE_NAME,"w");//r(只读出错)w(只写新建)r+(读写出错)w+(读写新建)a(追加)a+(读写追加)
FILE* fp=fopen(FILE_NAME,"r");//r(只读出错)w(只写新建)r+(读写出错)w+(读写新建)a(追加)a+(读写追加)
if(fp==NULL)
{
perror("fopen");
return 1;
}
//int cnt=5;
//while(cnt--)
//{
// fprintf(fp,"%d%s\n",1,"jly");//向文件中写入数据
//}
char buffer[60];
while(fgets(buffer,sizeof(buffer),fp)!=NULL)//遇到\n或num-1或文件末尾为一轮读取。
{
buffer[strlen(buffer)-1]='\0';//因为后面的puts会补个'\n',所以要先去除一个'\n'
puts(buffer);//将str指向的C字符串写入标准输出(stdout)并附加换行符('\n')
}
fclose(fp);
return 0;
}C语言的文件操作可以看博主的这一篇文章【C语言】文件相关函数详解
三、使用系统调用进行文件I/O
1、系统调用open
1.1open接口介绍
NAME
open, creat - open and possibly create a file or device
SYNOPSIS
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);//用于处理文件已经存在的情况
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);//用于处理文件比存在的情况
int creat(const char *pathname, mode_t mode);
RETURN VALUE
open() and creat() return the new file descriptor, or -1 if an error occurred (in which case, errno is set appro‐
priately).//open ()和 create ()返回新的文件描述符fd如果出现错误返回 -1(错误码被设置
NOTES
O_RDONLY只读, O_WRONLY只写, and O_RDWR读写
O_CREAT创建文件O_TRUNC清空文件O_APPEND追加1.2open形参中标记位flags的意义
参数flags是标记位的意思标记位可以利用每个比特位只有01的特点比特位之间通过按位或传递选项。有点像单片机操纵寄存器的感觉
//利用不同比特位打印对应结果
#include <stdio.h>
//只有一个比特位是1其他位都是0
#define ONE (1<<0)
#define TWO (1<<1)
#define THREE (1<<2)
#define FOUR (1<<3)
#define FILE_NAME "log.txt"
void show(int flags)
{
if(flag&ONE) printf("one ");
if(flag&TWO) printf("TWO ");
if(flag&THREE) printf("three ");
if(flag&FOUR) printf("four ");
printf("\n");
}
int main()
{
show(ONE|TWO);//输出one two
show(ONE|TWO|THREE|FOUR);//输出one two three four
return 0;
}标记位flags使用三个宏进行传参他们分别是O_RDONLY只读, O_WRONLY只写, 和O_RDWR读写结合上方代码这三个宏为了表示不同的文件读取方式内部二进制1的位置绝对不相同。
1.3open的使用
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define FILE_NAME "log.txt"
int main()
{
//umask(0);//将子进程的umask置0后续创建的文件权限即为666
//当文件不存在时open的可写并不会创建log.txt需要按位或上O_CREAT加上创建文件功能最后一个参数是文件创建时的权限
int fd=open(FILE_NAME,O_WRONLY | O_CREAT,0666);//最终权限=666&~umask
if(fd<0)
{
perror("open");
return 1;
}
close(fd);//使用系统调用close关闭文件指针
return 0;
}1、当文件不存在时使用int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
如果目标文件不存在open并不会像fopen那样帮助使用者创建对应文件需要按位或O_CREAT加上创建文件功能。第三个参数是创建文件的默认权限如果不写系统创建的文件会是乱码。
2、当文件存在时使用int open(const char *pathname, int flags);
2、系统调用write
2.1write接口介绍
SYNOPSIS
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
返回值写入个数 目标写入文件 缓冲区数据位置 个数2.2write的使用
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define FILE_NAME "log.txt"
int main()
{
//"w"==O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666清空式写入
int fd=open(FILE_NAME,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);
//"a"==O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666追加
//int fd=open(FILE_NAME,O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);
if(fd<0)
{
perror("open");
return 1;
}
char outBuff[60];
int cnt=5;
while(cnt)
{
sprintf(outBuff,"%s:%d\n","jly",cnt--);
write(fd,outBuff,strlen(outBuff));//将字符写入文件不用让strlen+1写入\n除非就像在文件中写入\n
}
close(fd);
return 0;
}将字符写入文件中可以不用写入\n。
write再次对有文本内容的文件进行写入时并不会和C语言文件操作中的"w"选项一样先清空文本内容而是直接覆盖使用时可以加上O_TRUNC对文本先进行清空操作。
使用O_APPEND增加追加操作。
3、系统调用read
3.1read接口介绍
SYNOPSIS
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
返回值读取成功字节数 读取至缓冲区 要求读取字节3.2read的使用
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define FILE_NAME "log.txt"
int main()
{
int fd=open(FILE_NAME,O_RDONLY | O_CREAT,0666);
if(fd<0)
{
perror("open");
return 1;
}
char buffer[100];
ssize_t num=read(fd,buffer,sizeof(buffer)-1);//留一个位置放\0
if(num>0)
{
buffer[num]='\0';//把\0补回去
}
printf("%s\n",buffer);
close(fd);
return 0;
}四、文件描述符fd
1、文件描述符
1.1进程如何找到自己打开的文件
一个进程可以打开多个文件操作系统为了管理这些打开的文件需要为每个被打开的文件创建对应的内核数据结构标识文件struct file{}这个结构体中包含文件的大部分属性。
那么操作系统中被打开的文件这么多进程是如何区分哪些文件是属于我的哪些文件时非我的那是因为进程的task_struct结构体中包含struct files_struct* files的结构体指针这个指针指向struct files_struct这个结构体,这个结构体中存在一个叫做struct file* fd_array[]的结构体指针数组数组中每个结构体指针指向对应被打开文件的struct file{}。
1.2文件描述符fd为什么从3开始
当我们在一个进程中用open打开多个文件时通过打印fd的值发现文件描述符fd从3开始分配。那0、1、2这三个文件描述符分配给谁了呢
printf("stdin->fd:%d\n",stdin->_fileno);
printf("stdout->fd:%d\n",stdout->_fileno);
printf("stderr->fd:%d\n",stderr->_fileno);
0、1、2默认被这三个流占用所以我们打开的文件的文件描述符fd从3开始。
1.3文件描述符fd和FILE的区别
FILE* fp=fopen(FILE_NAME,"w");
int fd=open(FILE_NAME,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);系统调用访问文件必须使用文件描述符。而C语言中的FILE是一个结构体这个结构体中包含了文件描述符。
2、文件描述符的分配规则
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
close(1);//关闭1
int fd=open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);//新文件fd为1
if(fd<0)
{
perror("open");
return 1;
}
printf("%d\n",fd);//printf->stdout
fprintf(stdout,"%d\n",fd);//printf->stdout
fflush(stdout);//刷新缓冲区内容至文件log.txt中
close(fd);
return 0;
}1、如果手动把文件描述符数组下标为1的fd关闭那么后续用open打开一个新的文件将会占用这个下标为1的位置。文件描述符的分配规则为从小到大按照顺序寻找最小的且没有被占用的fd位置。
2、fd为1的位置代表标准输出流1被关闭新文件被打开将会占用1。如果后续想要执行打印操作文件内容将会被打印至这个新文件中。这是一种输出重定向。
五、重定向
1、重定向的本质
>输出重定向
>>追加
<输入重定向重定向的本质oldfd不变在内核中更改newfd下标对应的struct file*的指针。
文件描述符的本质是数组下标当系统运行时默认已加载3个文件描述符分别是标准输入键盘、标准输出显示器、标准错误显示器他们占据了数组0,1,2三个位置。
可以用close(1)手动关闭标准输出再重新打开一个文件这个新文件会占据数组为1的位置标准输出。如果后续使用printf或fprintf函数进行输出数据将会输出重定向至这个新文件因为这个新文件占据了标准输出。
不过一般不会用手动关闭这三个文件描述符来达到重定向的效果可以使用int dup2(int oldfd, int newfd);将文件拷贝至前三个文件描述符中达到重定向的目的。
2、重定向接口dup2
SYNOPSIS
#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);//将oldfd拷贝到newfd中
fd 1
RETURN VALUE
成功返回fd失败返回-1如果要输出重定向到fd对应的文件中那么oldfd就是fdnewfd就是1。
函数功能为将oldfd描述符重定向到newfd描述符相当于重定向完毕后都是操作oldfd所操作的文件 但是在过程中如果newfd本身已经有对应打开的文件信息则会先关闭文件后再重定向否则会资源泄露
2.1输出重定向
使用dup2对上方输出重定向代码写法进行更改。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int fd=open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);
if(fd<0)
{
perror("open");
return 1;
}
dup2(fd,1);//输出重定向到fd对应的文件
printf("%d\n",fd);//printf->stdout在fd对应的文件中打印
fprintf(stdout,"%d\n",fd);//printf->stdout在fd对应的文件中打印
close(fd);
return 0;
}在fd对应的文件中进行printf和fprintf打印。
2.2追加重定向
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main()
{
int fd=open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);
if(fd<0)
{
perror("open");
return 1;
}
dup2(fd,1);//输出重定向到显示器
printf("%d\n",fd);//printf->stdout
fprintf(stdout,"%d\n",fd);//printf->stdout
const char* str="jly";
write(1,str,strlen(str));//将更多内容写入1中
close(fd);
return 0;
}在fd对应的文件中进行printf和fprintf打印并进行write追加写入。
2.3输入重定向
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main()
{
int fd=open("log.txt",O_RDONLY);
if(fd<0)
{
perror("open");
return 1;
}
dup2(fd,0);//输入重定向将fd的内容拷贝至0
char line[60];
while(1)
{
if(fgets(line,sizeof(line),stdin)==NULL)//因为上方输入重定向了所以这里stdin中会获取log.txt的内容
{
break;
}
printf("%s",line);
}
close(fd);
return 0;
}
如果一个进程打开了文件并创建了子进程子进程将会拷贝父进程的PCB及文件描述符表等大部分信息包括曾经父进程打开的文件信息但是文件是不会被拷贝的只要一个进程退出它的PCB、文件描述符表要被释放指向文件的指针就变少。
六、Linux中一切皆文件
打开的struct file中会有一个函数指针会作对应的初始化指向对应驱动层的读写方法通过读写方法完成对应设备的读写。
用户站在struct file文件的结构体对象上层看来所有的设备和文件统一都是struct file至于struct file内部是如何使用函数指针来调用对应设备文件的读写方法用户并不了解也并不关心。所以在用户的视角下Linux一切皆文件。