linux文件操作之系统调用

    在linux中，一切都是文件，文件为操作系统服务和设备提供了一个简单而统一的接口，这就意味者程序可以像使用文件那样使用各种设备。大多数情况下对于文件的操作只用到open，write，lseek，read，close五个系统调用。本文通过一个简单的例子来介绍这五个调用及关联内容。

    先看例子：
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#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<string.h>

int
main( void )
{
  int file_des = open( "my_file.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IXUSR | S_IXOTH );
 
  char *write_buf = "zhujiangfeng\n";
  if ( write( file_des,write_buf, strlen( write_buf )) != strlen( write_buf ) )
  {
    write( STDERR_FILENO, "WRITE ERROR!\n", 13 );
    exit( 0 );
  }

  if ( lseek( file_des, 4, SEEK_END ) == -1 )
  {
    write( STDERR_FILENO, "SEEK ERROR!\n", 11 );
    exit( 0 );
  }
  write( file_des, "AAAAAA", 6 );

  lseek( file_des, 0, SEEK_SET );
  char read_buf[50];

  if ( read( file_des, read_buf, 50 ) == -1 )
  {
    write( STDERR_FILENO, "READ ERROR!\n", 12 );
    exit( 0 );
  }
  write( STDOUT_FILENO, read_buf, 50 );

  close( file_des );
  exit( 1 );
}
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  这是一个简单的读写文件的例子，先创建一个文本文件，写入一些内容，再把文本内容输出到标准输出，下面开始分析这个例子：
  1 int file_des = open( "my_file.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IXUSR | S_IXOTH );
    以读写方式打开一个新建文件 my_file.txt，指定其访问权限为 文件属主具有读，写，执行权限，组用户没有任何权限，其他用户只有执行权限。

    open调用用于创建或打开文件，返回一个文件描述符。
    #include<fcntl.h>
    #include<sys/stat.h>
    #include<sys/types.h>
    int open( const char *path, int oflags );
    int open( const char *path, int oflags, mode_t mode );

    第一个oen用于打开已有的文件，第二个open用于创建新文件。
    （1）oflags参数说明了文件的打开方式，值为以下一个或多个常量的“或”运算（这些常量定义在<fcntl.h>）：
    O_RDONLY 只读打开
    O_WRONLY 只写打开
    O_RDWR   读，写打开
    以上常量为必选，且只能选一个，下列常量为可选：
    O_APPEND 在文件尾端追加
    O_TRUNC  将文件长度截短为0
    O_CREATE 若文件不存在，按照参数mode指定的访问权限创建
    O_EXCL   测试要创建的文件是否存在，和O_CREATE一起使用，使得文件的测试和创建是一个院子操作
    （2）mode参数指定了新建文件的访问权限，值为以下一个或多个标识的“或”运算（这些标识定义在<sys/stat.h>）：
    S_IRUSR  文件属主具有读权限
    S_IWUSR  文件属主具有写权限
    S_IXUSR  文件属主具有执行权限
 
    S_IRGRP  文件所属组具有读权限
    S_IWGRP  文件所属组具有写权限
    S_IXGRP  文件所属组具有执行权限

    S_IROTH  其他用户具有读权限
    S_IWOTH  其他用户具有写权限
    S_IXOTH  其他用户具有执行权限
    注：mode参数实际上是设置文件访问权限的请求，该请求是否被允许取决于此时umask的设置。
    （3）如果两个程序同时打开同一个文件，会得到两个不同的文件描述符。如果都进行写操作，他们的数据将会相互覆盖，而不是交织在一起。两个文件对读写的起始位置（偏移值）也有各自的理解。文件锁可以防止此情况的发生，以后将会提到这个概念。

    2 write( file_des,write_buf, strlen( write_buf )) != strlen( write_buf )
     将缓冲区write_buf中的所有字节写入与文件描述符file_des关联的文件中，并且判断是否成功写入。

    #include<unistd.h>
    size_t write( int file_des, const void *buf, size_t bytes );

    (1)write的返回值可能会小于bytes，但这并不一定是个错误，需要检查全局变量errno来确定。

    3  if ( lseek( file_des, 4, SEEK_END ) == -1 )
       {
         write( STDERR_FILENO, "SEEK ERROR!\n", 11 );
         exit( 0 );
       }
     将文件的读写偏移量推进到超过文件结尾4个字节处，如果失败，像标准输出输出错误信息。

     #include<unistd.h>
     #include<sys/types.h>
     off_t lseek( int file_des, off_t off_set, int whence );
     lseek用于设置文件的读写偏移量，返回新的读写偏移量。

     (1)off_t是一个与具体实现有关的类型，定义在<sys/types.h>中；
     (2)whence的取值如下：
        SEEK_SET  将文件的读写偏移量设置为距离文件开始处off_set个字节
        SEEK_CUR  将文件的读写偏移量设置为当前值加上off_set，off_set可正可负
        SEEK_END  将文件的读写偏移量设置为文件长度加上off_set，off_set可正可负
     （3）当在超过文件尾端之后写入时，就会在文件中形成一个空洞。文件空洞并不占用磁盘空间，处理方式与文件系统的实现有关。可以用$od -c file 查看空洞文件的内容。
     （4）STDIN_FILENO,STDOUT_FILENO,STDERR_FILENO分别对应程序的标准输入，标注输出，标准出错。这些常量定义在<unistd.h>中。

    4  #include<unistd.h>
       int close( int file_des );
       终止文件描述符file_des与对应文件的关联。

       (1)文件描述符被释放并重新利用；
      （2）文件关闭后，进程还会释放加在文件上的所有记录锁；
      （3）进程终止后，内核会自动关闭所有打开的文件。

    5 其他与文件有关的系统调用
      （1）#include<unistd.h>
          #include<sys/stat.h>
          #include<sys/types.h>
          int fstat( int file_des, struct stat *buf );
          int stat( const char *path, struct stat *buf );
          int lstat( const char *path, struct stat *buf );
       这三个系统调用用于获取文件的信息并填充在struct stat中，成功返回0，出错返回-1。当path指向的对象是符号链接时，stat返回的是该链接指向的文件的信息，而lstat返回的是该链接的信息。这三个系统调用将在以后作为一个专题来讨论。
      （2）#include<unistd.h>
          int dup( int file_des );
          int dup2( int file_des, int file_des2 );
        dup系统调用复制文件描述符file_des,返回一个新的最小值的可用文件描述符。通过两个或多个文件描述符可以实现在文件的不同位置读写数据。dup2明确指定将file_des复制为file_des2。这在通过管道进行进程间通信时很有用。