Linux _文件操作

1. 文件的作用
   linux中，一切皆文件（网络设备除外）
   硬件设备也“是”文件，通过文件来使用设备
   目录（文件夹）也是一种文件

2. Linux的文件结构
   了解各主要文件夹的作用

3. 系统调用和设备驱动程序之间的关系
   应用层的open, close, read, write, ioctl与驱动程序的关系

4. 文件操作方式
   0) 文件描述符
   是一个>=0的整数
   每打开一个文件，就创建一个文件描述符，通过文件描述符来操作文件

    预定义的文件描述符：
    0：标准输入，对应于已打开的标准输入设备（键盘）
    1：标准输出，对应于已打开的标准输出设备（控制台）
    2. 标准错误， 对应于已打开的标准错误输出设备（控制台）
   
    多次打开同一个文件，可得到多个不同的文件描述符。
   

   1） 使用底层文件操作（系统调用）
   比如：read
   可使用man 2 查看
   2） 使用I/O库函数
   比如：fread
   可使用man 3 查看

5. 底层文件操作(关于文件的系统调用）
   1) write(int fd , char* buff ,int size_t);
   (1) 用法
   man 2 write
   (2) 返回值
   成功：返回实际写入的字节数
   失败：返回 -1
   注意：是从文件的当前指针位置写入！
   文件刚打开时，文件的位置指针指向文件头
   实例：main1.c

   2) read
   (1)用法
   man 2 read（int fd, char * buff , int size_t）;
   (2)返回值

   0 : 实际读取的字节数
   0 : 已读到文件尾
   -1 ：出错
   注意：参数3表示最多能接受的字节数，而不是指一定要输入的字节数
   实例：main2.c
   运行：# ./a.out /* 用户输入回车符时结束输入 */
   # ./a.out < main.c /* 利用重定向， 使用文件main.c作为输入 */

   3) open
   (1) 用法
   main 2 open
   (2) 返回值
   成功：文件描述符
   失败：-1
   (3) 打开方式
   O_RDONLY 只读
   O_WRONLY 只写
   O_RDWR 读写
   O_CREAT 如果文件不存在，则创建该文件，并使用第3个参数设置权限
   O_EXCL 如果同时使用O_CREAT而且该文件又已经存在时，则返回错误
   用途：以防止多个进程同时创建同一个文件
   O_APPEND 尾部追加方式（打开后，文件指针指向文件的末尾）
   O_TRUNC

   example:  open("/dev/hello", O_RDONLY|O_CREAT|O_EXCL, 0777)              
     (4) 参数3 (设置权限）
           当使用O_CREAT时，使用参数3
   
           S_I(R/W/X)(USR/GRP/OTH)
           例：
                 S_IRUSR | S_IWUSR    文件的所有者对该文件可读可写
                 (八进制表示法)0600            文件的所有者对该文件可读可写
   
   
   
     注意：
           返回的文件描述符是该进程未打开的最小的文件描述符
   

   4) close
   (1) 用法
   man 2 close(file_fd)

           终止指定文件描述符与对应文件之间的关联，
           并释放该文件描述符，即该文件描述符可被重新使用
   
     (2）返回值
          成功： 0
          失败： -1
   
     实例：
        使用read/write实现文件复制
        main3.c 
        main4.c
   
        观察耗时
        ./a.out
        time  ./a.out   
   
        补充：time命令
         time目录分别输出:
              程序总的执行时间、
              该程序本身所消耗的时间、
              系统调用所消耗的时间 
   

   5) lseek
   (1) 用法
   man 2 lseek(file_fd , 要偏移字符数，文件指针定位 ) （文件指针是个结构体）
   (2) 返回值
   成功：返回新的文件位置与文件头之间偏移
   失败： -1

    实例：拷贝一个文件尾部的100个字节到另一个文件
    main5.c
   

   6) ioctl
   用来控制设备.
   beep实例

6. 标准I/O库

   直接使用系统调用的缺点
   (1) 影响系统性能
   系统调用比普通函数调用开销大
   因为，系统调用要进行用户空间和内核空间的切换
   (2) 系统调用一次所能读写的数据量大小，受硬件的限制

      解决方案: 使用带缓冲功能的标准I/O库（以减少系统调用次数）
   

   /* C语言中的文件操作中已描述 */
   1) fwrite
   2) fread
   3) fopen
   4) fclose
   5) fseek
   6) fflush

7. proc文件系统
   /proc是一个特殊的文件系统，
   该目录下文件用来表示与启动、内核相关的特殊信息

   1) /proc/cpuinfo
   CPU详细信息

   2) /proc/meminfo
   内存相关信息

   3) /proc/version
   版本信息

   4) /proc/sys/fs/file-max
   系统中能同时打开的文件总数
   可修改该文件

   5) 进程的相关信息
   /proc/32689/ 表示指定进程（进程号为32689)的相关信息

   6) /proc/devices
   已分配的字符设备、块设备的设备号

8. 文件锁
   1) 并发对文件I/O操作的影响
   解决办法？
   2)文件锁
   用法：man 2 fcntl
   文件锁的表示
   struct flock

   详解:用法：

include<fctntl.h>
include<unistd.h>
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

参数：
fd：文件描述词。
cmd：操作命令。
arg：供命令使用的参数。
lock：同上。

有以下操作命令可供使用

一. F_DUPFD ：复制文件描述词 。

二. FD_CLOEXEC ：设置close-on-exec标志。如果FD_CLOEXEC位是0，执行execve的过程中，文件保持打开。反之则关闭。

三. F_GETFD ：读取文件描述词标志。

四. F_SETFD ：设置文件描述词标志。

五. F_GETFL ：读取文件状态标志。

六. F_SETFL ：设置文件状态标志。
其中O_RDONLY， O_WRONLY， O_RDWR， O_CREAT， O_EXCL， O_NOCTTY 和 O_TRUNC不受影响，
可以更改的标志有 O_APPEND，O_ASYNC， O_DIRECT， O_NOATIME 和 O_NONBLOCK。

七. F_GETLK, F_SETLK 和 F_SETLKW ：获取，释放或测试记录锁，使用到的参数是以下结构体指针：
F_SETLK：在指定的字节范围获取锁（F_RDLCK, F_WRLCK）或者释放锁（F_UNLCK）。如果与另一个进程的锁操作发生冲突，返回 -1并将errno设置为EACCES或EAGAIN。
为了设置读锁，文件必须以读的方式打开。为了设置写锁，文件必须以写的方式打开。为了设置读写锁，文件必须以读写的方式打开。

struct flock 的设置：
struct flock flock;
flock.l_type = type; 文件锁 的类型 读锁 写锁
flock.l_whence = SEEK_SET; 定位
flock.l_start = 0; 偏移量
flock.l_len = 0; 读取长度
flock.l_pid = -1; 文件描述符

设置文件锁时 可以封装为一个函数 int flock_set(int fd, int type）；
文件锁的操作 int fcntl(int fd, int cmd , struct flock *lock); cmd 获取 释放 测试

2)实例
 main6.c