系统级IO实践学习记录
代码分析
cp1.c
功能：复制文件。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define BUFFERSIZE 4096
#define COPYMODE 0644 //文件权限位
void oops(char *, char *);
int main(int argc, char *argv[])
{
int in_fd, out_fd, n_chars;
char buf[BUFFERSIZE];
//操作错误，描述符不为3，输出提示后退出。
if (argc != 3) {
fprintf(stderr, "usage: %s source destination\n", *argv);
exit(1);
}
//读取文件出错，提示错误后退出。
if ((in_fd = open(argv[1], O_RDONLY)) == -1)
oops("Cannot open ", argv[1]);
//创建文件出错，提示错误后退出
if ((out_fd = creat(argv[2], COPYMODE)) == -1)
oops("Cannot creat", argv[2]);
while ((n_chars = read(in_fd, buf, BUFFERSIZE)) > 0)
if (write(out_fd, buf, n_chars) != n_chars)
oops("Write error to ", argv[2]);//写入文件出错，提示错误后退出
if (n_chars == -1)
oops("Read error from ", argv[1]);//读取文件出错提示错误后退出
//关闭文件流失败，提示错误后退出
if (close(in_fd) == -1 || close(out_fd) == -1)
oops("Error closing files", "");
}
//输出错误消息函数
void oops(char *s1, char *s2)
{
fprintf(stderr, "Error: %s ", s1);
perror(s2);
exit(1);
}
cp运行效果图:
cp运行错误效果图:
echostate.c
功能：显示终端状态。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <termios.h>
int main()
{
struct termios info;
int rv;
rv = tcgetattr( 0, &info ); //获取终端的相关参数存储在info中，返回终端的文件描述符。
//终端打开出错，输出提示并退出。
if ( rv == -1 ){
perror( "tcgetattr");
exit(1);
}
//判断终端是否处在开启显示输入字符状态。
if ( info.c_lflag & ECHO )
printf(" echo is on , since its bit is 1\n");
else
printf(" echo is OFF, since its bit is 0\n");
return 0;
}
termios结构体说明
termios结构体中，该结构体一般包括如下的成员：
tcflag_t c_iflag;
tcflag_t c_oflag;
tcflag_t c_cflag;
tcflag_t c_lflag;
cc_t c_cc[NCCS];
- c_iflag：输入模式标志，控制终端输入方式。
c_iflag参数表
键 值
| 说 明
|
IGNBRK
| 忽略BREAK键输入
|
BRKINT
| 如果设置了IGNBRK，BREAK键输入将被忽略
|
IGNPAR
| 忽略奇偶校验错误
|
PARMRK
| 标识奇偶校验错误
|
INPCK
| 允许输入奇偶校验
|
ISTRIP
| 去除字符的第8个比特
|
INLCR
| 将输入的NL（换行）转换成CR（回车）
|
IGNCR
| 忽略输入的回车
|
ICRNL
| 将输入的回车转化成换行（如果IGNCR未设置的情况下）
|
IUCLC
| 将输入的大写字符转换成小写字符（非POSIX）
|
IXON
| 允许输出时对XON/XOFF流进行控制
|
IXANY
| 输入任何字符将重启停止的输出
|
IXOFF
| 允许输入时对XON/XOFF流进行控制
|
IMAXBEL
| 当输入队列满的时候开始响铃 |
- c_oflag：输出模式标志，控制终端输出方式。
c_oflag参数
键 值
| 说 明
|
OPOST
| 处理后输出
|
OLCUC
| 将输入的小写字符转换成大写字符（非POSIX）
|
ONLCR
| 将输入的NL（换行）转换成CR（回车）及NL（换行）
|
OCRNL
| 将输入的CR（回车）转换成NL（换行）
|
ONOCR
| 第一行不输出回车符
|
ONLRET
| 不输出回车符
|
OFILL
| 发送填充字符以延迟终端输出
|
OFDEL
| 以ASCII码的DEL作为填充字符，如果未设置该参数，填充字符为NUL
|
NLDLY
| 换行输出延时，可以取NL0（不延迟）或NL1（延迟0.1s）
|
CRDLY
| 回车延迟，取值范围为：CR0、CR1、CR2和 CR3
|
TABDLY
| 水平制表符输出延迟，取值范围为：TAB0、TAB1、TAB2和TAB3
|
BSDLY
| 空格输出延迟，可以取BS0或BS1
|
VTDLY
| 垂直制表符输出延迟，可以取VT0或VT1
|
FFDLY
| 换页延迟，可以取FF0或FF1
|
- c_cflag：控制模式标志，指定终端硬件控制信息。
c_cflag参数
键 值
| 说 明
|
CBAUD
| |
CBAUDEX
| 附加波特率（1位）（非POSIX）
|
字符长度，取值范围为CS5、CS6、CS7或CS8
| |
CSTOPB
| 设置两个停止位
|
CREAD
| 使用接收器
|
PARENB
| 使用奇偶校验
|
PARODD
| 对输入使用奇偶校验，对输出使用偶校验
|
HUPCL
| 关闭设备时挂起
|
CLOCAL
| 忽略调制解调器线路状态
|
CRTSCTS
| 使用RTS/CTS流控制
|
- c_lflag：本地模式标志，控制终端编辑功能。
c_lflag参数
键 值
| 说 明
|
ISIG
| 当输入INTR、QUIT、SUSP或DSUSP时，产生相应的信号
|
ICANON
| 使用标准输入模式
|
XCASE
| 在ICANON和XCASE同时设置的情况下，终端只使用大写。
|
ECHO
| 显示输入字符
|
ECHOE
| 如果ICANON同时设置，ERASE将删除输入的字符
|
ECHOK
| 如果ICANON同时设置，KILL将删除当前行
|
ECHONL
| 如果ICANON同时设置，即使ECHO没有设置依然显示换行符
|
ECHOPRT
| 如果ECHO和ICANON同时设置，将删除打印出的字符（非POSIX）
|
TOSTOP
| 向后台输出发送SIGTTOU信号
|
c_cc支持的控制字符
宏
| 说 明
| 宏
| 说 明
|
VINTR
| Interrupt字符
| VEOL
| 附加的End-of-file字符
|
VQUIT
| Quit字符
| 非规范模式读取时的超时时间
| |
VERASE
| Erase字符
| VSTOP
| Stop字符
|
VKILL
| Kill字符
| VSTART
| Start字符
|
VEOF
| End-of-file字符
| VSUSP
| Suspend字符
|
VMIN
| 非规范模式读取时的最小字符数
|
fileinfo.c
功能：查看文件信息。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
void show_stat_info(char *, struct stat *);
int main(int argc, char *argv[])
{
struct stat info;
//打开文件
if (argc>1)
{
if( stat(argv[1], &info) != -1 ){
show_stat_info( argv[1], &info );
return 0;
}
else
perror(argv[1]);
}
return 1;
}
//输出文件信息函数
void show_stat_info(char *fname, struct stat *buf)
{
printf(" mode: %o\n", buf->st_mode); //输出文件的模式
printf(" links: %d\n", buf->st_nlink);//输出文件的连接数
printf(" user: %d\n", buf->st_uid); //输出文件的所有者
printf(" group: %d\n", buf->st_gid); //输出文件的对应组
printf(" size: %d\n", (int)buf->st_size);//输出文件的字节数
printf("modtime: %d\n", (int)buf->st_mtime);//输出文件最后修改时间
printf(" name: %s\n", fname );//输出文件名
}
- stat函数原型
在"sys/stat.h"库中。
int stat(const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf);
提供文件名字，获取文件对应属性。
-
文件对应属性
struct stat { mode_t st_mode; //文件对应的模式，文件，目录等 ino_t st_ino; //inode节点号 dev_t st_dev; //设备号码 dev_t st_rdev; //特殊设备号码 nlink_t st_nlink; //文件的连接数 uid_t st_uid; //文件所有者 gid_t st_gid; //文件所有者对应的组 off_t st_size; //普通文件，对应的文件字节数 time_t st_atime; //文件最后被访问的时间 time_t st_mtime; //文件内容最后被修改的时间 time_t st_ctime; //文件状态改变时间 blksize_t st_blksize; //文件内容对应的块大小 blkcnt_t st_blocks; //文件内容对应的块数量 };
运行效果：
filesize.c
功能：显示文件passwd的大小。
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
int main()
{
struct stat infobuf;
if ( stat( "/etc/passwd", &infobuf) == -1 )
perror("/etc/passwd");
else
printf(" The size of /etc/passwd is %d\n", infobuf.st_size );
}
运行效果：
ls1.c
功能：显示当前文件夹所有文件的文件名。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
void do_ls(char []);
int main(int argc, char *argv[])
{
if ( argc == 1 )
do_ls( "." );
else
while ( --argc ){
printf("%s:\n", *++argv );
do_ls( *argv );
}
return 0;
}
void do_ls( char dirname[] )
{
DIR *dir_ptr; //设置打开目录指针
struct dirent *direntp; //设置目录信息存储结构体指针
if ( ( dir_ptr = opendir( dirname ) ) == NULL )
fprintf(stderr,"ls1: cannot open %s\n", dirname);//打开目录失败，输出错误信息
else
{
while ( ( direntp = readdir( dir_ptr ) ) != NULL )
printf("%s\n", direntp->d_name );//输出目录中文件名
closedir(dir_ptr);//关闭文件流
}
}
-
DIR：文件流结构体。
struct __dirstream { void *__fd; /* 'struct hurd_fd' pointer for descriptor. */ char *__data; /* Directory block. */ int __entry_data; /* Entry number `__data' corresponds to. */ char *__ptr; /* Current pointer into the block. */ int __entry_ptr; /* Entry number `__ptr' corresponds to. */ size_t __allocation; /* Space allocated for the block. */ size_t __size; /* Total valid data in the block. */ __libc_lock_define (, __lock) /* Mutex lock for this structure. */ }; typedef struct __dirstream DIR; -
dirent结构体：包含在头文件"dirent.h"，作用：为了获取某文件夹目录内容，所使用的结构体。
struct dirent { long d_ino; /* inode number 索引节点号 */ off_t d_off; /* offset to this dirent 在目录文件中的偏移 */ unsigned short d_reclen; /* length of this d_name 文件名长 */ unsigned char d_type; /* the type of d_name 文件类型 */ char d_name [NAME_MAX+1]; /* file name (null-terminated) 文件名，最长256字符 */ }
运行效果：
ls2.c
功能：显示当前文件夹下所有文件的详细信息。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/stat.h>
void do_ls(char[]);
void dostat(char *);
void show_file_info( char *, struct stat *);
void mode_to_letters( int , char [] );
char *uid_to_name( uid_t );
char *gid_to_name( gid_t );
int main(int argc, char *argv[])
{
if ( argc == 1 )
do_ls( "." );
else
while ( --argc ){
printf("%s:\n", *++argv );
do_ls( *argv );
}
return 0;
}
void do_ls( char dirname[] )
{
DIR *dir_ptr;
struct dirent *direntp;
if ( ( dir_ptr = opendir( dirname ) ) == NULL )
fprintf(stderr,"ls1: cannot open %s\n", dirname);//打开文件失败，输出错误并退出
else
{
while ( ( direntp = readdir( dir_ptr ) ) != NULL )
dostat( direntp->d_name );
closedir(dir_ptr); //关闭文件流
}
}
void dostat( char *filename )
{
struct stat info;
if ( stat(filename, &info) == -1 )//读取文件失败输出错误并退出
perror( filename );
else
show_file_info( filename, &info );//输出文件详细信息
}
void show_file_info( char *filename, struct stat *info_p )
{
char *uid_to_name(), *ctime(), *gid_to_name(), *filemode();
void mode_to_letters();
char modestr[11];
mode_to_letters( info_p->st_mode, modestr );//将文件权限位存入modestr中
printf( "%s" , modestr );
printf( "%4d " , (int) info_p->st_nlink);
printf( "%-8s " , uid_to_name(info_p->st_uid) );
printf( "%-8s " , gid_to_name(info_p->st_gid) );
printf( "%8ld " , (long)info_p->st_size);
printf( "%.12s ", 4+ctime(&info_p->st_mtime));
printf( "%s\n" , filename );
}
void mode_to_letters( int mode, char str[] )
{
strcpy( str, "----------" );
if ( S_ISDIR(mode) ) str[0] = 'd'; //判断是否为目录
if ( S_ISCHR(mode) ) str[0] = 'c'; //判断是否为字符设置
if ( S_ISBLK(mode) ) str[0] = 'b'; //判断是否为块设备
if ( mode & S_IRUSR ) str[1] = 'r';
if ( mode & S_IWUSR ) str[2] = 'w';
if ( mode & S_IXUSR ) str[3] = 'x';
if ( mode & S_IRGRP ) str[4] = 'r';
if ( mode & S_IWGRP ) str[5] = 'w';
if ( mode & S_IXGRP ) str[6] = 'x';
if ( mode & S_IROTH ) str[7] = 'r';
if ( mode & S_IWOTH ) str[8] = 'w';
if ( mode & S_IXOTH ) str[9] = 'x';
}
#include <pwd.h>
//读取当前用户信息
char *uid_to_name( uid_t uid )
{
struct passwd *getpwuid(), *pw_ptr;
static char numstr[10];
if ( ( pw_ptr = getpwuid( uid ) ) == NULL ){
sprintf(numstr,"%d", uid);
return numstr;
}
else
return pw_ptr->pw_name ;
}
#include <grp.h>
char *gid_to_name( gid_t gid )
{
struct group *getgrgid(), *grp_ptr;
static char numstr[10];
if ( ( grp_ptr = getgrgid(gid) ) == NULL ){
sprintf(numstr,"%d", gid);
return numstr;
}
else
return grp_ptr->gr_name;
}
-
stat用来判断没有打开的文件,fstat用来判断打开的文件。
-
我们使用最多的属性是st_mode.通过着属性我们可以判断给定的文件是一个普通文件还是一个目录,连接等等。可以使用下面几个宏来判断:
S_ISLNK(st_mode):是否是一个连接。 S_ISREG:是否是一个常规文件。 S_ISDIR:是否是一个目录。 S_ISCHR:是否是一个字符设备。 S_ISBLK:是否是一个块设备。 S_ISFIFO:是否是一个FIFO文件。 S_ISSOCK:是否是一个SOCKET文件。 -
在"pwd.h"中定义的passwd结构体
struct passwd { char * pw_name; /* Username, POSIX.1 */ char * pw_passwd; /* Password */ __uid_t pw_uid; /* User ID, POSIX.1 */ __gid_t pw_gid; /* Group ID, POSIX.1 */ char * pw_gecos; /* Real Name or Comment field */ char * pw_dir; /* Home directory, POSIX.1 */ char * pw_shell; /* Shell Program, POSIX.1 */ char *pw_class; time_t pw_change; time_t pw_expire; }; -
在POSIX.1中只指定了passwd结构包含的10个字段的五个。大多数平台至少支持其中七个字段。bsd派生的平台支持全部十个字段。
运行效果：
setecho.c
功能：设置终端属性
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <termios.h>
#define oops(s,x) { perror(s); exit(x); }
int main(int argc, char *argv[])
{
struct termios info;
if ( argc == 1 )
exit(0);
if ( tcgetattr(0,&info) == -1 ) /* get attribs */
oops("tcgettattr", 1);
if ( argv[1][0] == 'y' )
info.c_lflag |= ECHO ; /* turn on bit */
else
info.c_lflag &= ~ECHO ; /* turn off bit */
if ( tcsetattr(0,TCSANOW,&info) == -1 ) /* set attribs */
oops("tcsetattr",2);
return 0;
}
-
tcsetattr函数用于设置终端的相关参数。参数fd为打开的终端文件描述符，参数optional_actions用于控制修改起作用的时间，而结构体termios_p中保存了要修改的参数。
optional_actions可以取如下的值： TCSANOW：不等数据传输完毕就立即改变属性。 TCSADRAIN：等待所有数据传输结束才改变属性。 TCSAFLUSH：清空输入输出缓冲区才改变属性。 错误信息： EBADF：非法的文件描述符。 EINTR：tcsetattr函数调用被信号中断。 EINVAL：参数optional_actions使用了非法值，或参数termios中使用了非法值。 ENCTTY：非终端的文件描述符。
spwd.c
功能:显示当前文件夹路径。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <dirent.h>
ino_t get_inode(char *);
void printpathto(ino_t);
void inum_to_name(ino_t , char *, int );
int main()
{
printpathto( get_inode( "." ) );
putchar('\n');
return 0;
}
//输出目录名函数
void printpathto( ino_t this_inode )
{
ino_t my_inode ; //索引节点号
char its_name[BUFSIZ];
if ( get_inode("..") != this_inode )
{
chdir( ".." );//更改当前的工作目录
inum_to_name(this_inode,its_name,BUFSIZ);//获取this_node节点的目录名
my_inode = get_inode( "." );//获取当前目录的索引节点号
printpathto( my_inode ); //打印上级目录名
printf("/%s", its_name ); //输出当前目录名
}
}
//获取目录名函数
void inum_to_name(ino_t inode_to_find , char *namebuf, int buflen)
{
DIR *dir_ptr;
struct dirent *direntp;
dir_ptr = opendir( "." );
if ( dir_ptr == NULL ){
perror( "." );
exit(1);
}
while ( ( direntp = readdir( dir_ptr ) ) != NULL )
if ( direntp->d_ino == inode_to_find )
{
strncpy( namebuf, direntp->d_name, buflen);
namebuf[buflen-1] = '\0';
closedir( dir_ptr );
return;
}
fprintf(stderr, "error looking for inum %d\n", (int) inode_to_find);
exit(1);
}
//获取索引节点号函数
ino_t get_inode( char *fname )
{
struct stat info;
if ( stat( fname , &info ) == -1 ){
fprintf(stderr, "Cannot stat ");
perror(fname);
exit(1);
}
return info.st_ino;
}
运行效果：
testioctl.c
功能：获取终端的大小
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
int main()
{
struct winsize size;
if( isatty(STDOUT_FILENO) == 0)//判断文件描述符是否为终端机
exit(1);
//获取当前终端的大小
if (ioctl(STDOUT_FILENO, TIOCGWINSZ, &size) < 0) {
perror("ioctl TIOCGWINSZ error");
exit(1);
}
printf("%d rows %d columns\n", size.ws_row, size.ws_col);
return 0;
}
-
linux 系统提供了一个跟踪终端大小的功能，内核为每个终端或者是伪终端保存了一个 winsize 结构体，这个结构体中保存了当前终端大小的信息，这个结构体如下：
struct winsize { unsigned short ws_row; unsigned short ws_col; unsigned short ws_xpixel;//x轴像素长度 unsigned short ws_ypixel;//y轴像素长度 }; -
通过 ioctl 函数的 TIOCGWINSZ 命令可以取winsize结构体的当前值。当然也可以通过 ioctl 的 TIOCSWINSZ 命令可以将winsize结构体的新值存放到内核中，如果新值与存放在内核中的当前值不同，则会向前台进程组发送SIGWINCH信号，系统对此信号的默认处理是忽略该信号。
运行效果：
who1.c&who2
功能：显示用户的登录名，登录装置名称，登录时间（单位为秒），登录账号的远程主机名称。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <utmp.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define SHOWHOST
int show_info( struct utmp *utbufp )
{
printf("%-8.8s", utbufp->ut_name);//打印用户名
printf(" ");
printf("%-8.8s", utbufp->ut_line);//打印登录装置名
printf(" ");
printf("%10ld", utbufp->ut_time);//打印时间
printf(" ");
#ifdef SHOWHOST
printf("(%s)", utbufp->ut_host);//打印登录账号的远程主机名称
#endif
printf("\n");
return 0;
}
int main()
{
struct utmp current_record;
int utmpfd;
int reclen = sizeof(current_record);
if ( (utmpfd = open(UTMP_FILE, O_RDONLY)) == -1 ){
perror( UTMP_FILE );
exit(1);
}
while ( read(utmpfd, ¤t_record, reclen) == reclen )
show_info(¤t_record);//打印登录信息
close(utmpfd);
return 0;
}
-
utmp结构体
struct utmp { short int ut_type; // 登录类型 pid_t ut_pid; // login进程的pid char ut_line[UT_LINE_SIZE]; // 登录装置名，省略了"/dev/" char ut_id[4]; // Inittab ID char ut_user[UT_NAMESIZE]; // 登录账号 char ut_host[UT_HOSTSIZE]; // 登录账号的远程主机名称 struct exit_status ut_exit; // 当类型为DEAD_PROCESS时进程的结束状态 long int ut_session; // SessionID struct timeval ut_tv; // 时间记录 int32_t ut_addr_v6[4]; // 远程主机的网络地址 char __unused[20]; // 保留未使用 }; -
ut_type有以下几种类型：
EMPTY：此为空的记录 RUN_LVL：记录系统run-level的改变 BOOT_TIME：记录系统开机时间 NEW_TIME:记录系统时间改变后的时间 OLD_TIME:记录当改变系统时间时的时间 INIT_PROCESS:记录一个由init衍生出来的进程 LOGIN_PROCESS:记录login进程 USER_PROCESS:记录一般进程 DEAD_PROSESS:记录一结束的进程 ACCOUNTING:目前尚未被使用
运行效果：
总结
通过对代码的运行分析，理解linux系统基本指令的运行原理和加深了对系统级io的理论知识理解。
参考资料
1.tcgetattr函数与termios 结构体：http://baike.baidu.com/link?url=SYv73O1BUbv_rVQsGehTjkS9VazCR9NZnq02APIDXMb9hf96VS5Q-GkfvxGPYdePdi_JcqlscvlyoOpULpUGia
2.Linux文件权限详解：http://blog.chinaunix.net/uid-25052030-id-174343.html
3.linux stat函数：http://www.cnblogs.com/hnrainll/archive/2011/05/11/2043361.html
http://blog.csdn.net/abc78400123/article/details/7628174
5.dirent结构体和DIR结构体：http://baike.baidu.com/link?url=N7JHtacJdso63A8FWzSlK7-ywjiGI92hRff6Fs-LbzhdpdLPfrEAlWTq_QOPmfYtXVghlWRQ4ukqTchl9Mx2X_
http://www.cnblogs.com/hnrainll/archive/2011/08/23/2150607.html
7.winsize结构体和ioctl函数：
http://blog.csdn.net/xiaocainiaoshangxiao/article/details/18270215
