Linux/Unix 系统编程 — 文件I/0

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1.概述

所有执行 I/O 操作的系统调用都以文件描述符（一个非负整数）来指代打开的文件，如普通文件、套接字、目录文件、符号链接等。

标准文件描述符：

• 0：标准输入，POSIX 名称：STDIN_FILENO，stdio 流：stdin
• 1：标准输出，POSIX 名称：STDOUT_FILENO，stdio 流：stdout
• 2：标准错误，POSIX 名称：STDERR_FILENO，stdio 流：stderr

执行文件 I/O 操作的主要系统调用：

#include <fcntl.h>
int open (const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */); //打开或创建一个文件，成功返回文件描述符，失败返回 -1
int fcntl (int fd, int cmd, ... /* int arg */); //改变已打开文件的属性

#include <unistd.h>
int close (int fd); //关闭一个打开文件，成功返回，失败返回 -1
ssize_t read (int fd, void *buf, size_t nbytes); //从打开文件中读数据，成功返回读取的字节数，若已到达文件尾则返回 0，失败返回 -1
ssize_t  write (int fd, const void *buf, size_t nbytes); //向打开文件写数据，成功返回写入的字节数，失败返回 -1
off_t lseek (int fd, off_t offset, int whence); //设置文件偏移量，成功返回新的文件偏移量，失败返回 -1

 2.使用 open 函数打开或创建文件

用下列一个或多个常量进行“或”运算构成 open() 函数中的 oflag 参数，这些常量在头文件 <fcntl.h> 中定义：

①文件访问模式

• O_RDONLY（0）：以只读方式打开文件
• O_WRONLY（1）：以只写方式打开文件
• O_RDWR（2）：以读写方式打开文件

如下代码以只读的方式打开 path 指定的文件，返回的文件描述符赋值给变量 fd：

int fd;
fd = open(path, O_RDONLY);

②文件创建标志

• O_CLOEXEC：把 FD_CLOEXEC 常量设置为文件描述符标志，当该标志打开时，子进程从父进程继承的该文件描述符将被关闭
• O_CREAT：若文件不存在，则创建它，使用该选项时，需要同时指定 mode 参数（文件访问权限）
• O_EXCL：如果同时指定了 O_CREAT，而文件已经存在，则出错（errno 为 EEXIST）
• O_TRUNC：截断已有文件，使其长度为零
• O_NOCTTY：不要让 path （所指向的终端设备）成为控制终端
• O_DIRECTORY：如果 path 不是目录，则出错

③文件状态标志

• O_APPEND：总在文件尾部追加数据
• O_ASYNC：当 I/O 操作可行时，产生信号通知进程
• O_SYNC：以同步方式写入文件，使每次 write 等待物理 I/O 操作完成，包括由该 write 操作引起的文件属性更新所需的 I/O
• O_NONBLOCK：若文件是一个 FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选项的本次打开操作和后序的 I/O 操作设置非阻塞方式

 3.使用 lseek 函数改变文件偏移量

对于每个打开的文件，系统内核会记录其文件偏移量。当文件打开时，会将文件偏移量设置为指向文件的开始，以后每次 read 或 write 时将自动对其进行调整，以指向已读或已写数据后的下一字节。

offset 参数指定了一个以字节为单位的数值，whence 参数则表明应参照哪个位置来解释 offset 参数，whence 参数取值如下：

• SEEK_SET：从文件头部起始点开始的 offset 个字节
• SEEK_CUR：相对于当前文件偏移量，将文件偏移量调整 offset 个字节
• SEEK_END：将文件偏移量设置为起始于文件尾部的 offset 个字节

4.使用 fctnl 函数改变打开文件的属性

fcntl 函数有以下 5 种功能：

• 复制一个已有的描述符（cmd = F_DUPFD 或 F_DUPFD_CLOEXEC）
• 获取/设置文件描述符标志（cmd = F_GETFD 或 F_SETFD）
• 获取/设置文件状态标志（cmd = F_GETFL 或 F_SETFL）
• 获取/设置异步 I/O 所有权（cmd = F_GETOWN 或 F_SETOWN）
• 获取/设置记录锁（cmd = F_GETLK、F_SETLK 或 F_SETLKW）