六、文件IO——fcntl 函数 和 ioctl 函数

6.1 fcntl 函数

6.1.1 函数介绍

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

• 函数说明：fcntl()用来操作文件描述词的一些特性。
• 函数功能：可以改变已经打开文件的性质
• 参数说明
  • @fd：代表欲设置的文件描述符
  • @cmd：代表欲操作的指令。有以下几种情况：
    • F_DUPFD：用来查找大于或等于参数 arg 的最小且仍未使用的文件描述符，并且复制参数 fd 的文件描述符。执行成功则返回新复制的文件描述符。请参考dup2()。复制文件描述符，新的文件描述符作为函数返回值返回
    • F_GETFD：获取文件描述符，通过第三个参数设置
    • F_SETFD：设置文件描述符，通过第三个参数设置
    • F_GETFL/F_SETFL：
      • 取得/设置文件状态标志，通过第三个参数设置
      • 可以更改的几个标志是：O_APPEND、O_NONBLOCK、SYNC、O_ASYNC（O_RDONLY、O_WRONLY和O_RDWR不适用）
    • F_GETLK 取得文件锁定的状态。
    • F_SETLK 设置文件锁定的状态。此时flcok 结构的l_type 值必须是F_RDLCK、F_WRLCK或F_UNLCK。如果无法建立锁定，则返回-1，错误代码为EACCES 或EAGAIN。
    • F_SETLKW F_SETLK 作用相同，但是无法建立锁定时，此调用会一直等到锁定动作成功为止。若在等待锁定的过程中被信号中断时，会立即返回-1，错误代码为EINTR。
  • @参数lock指针为flock 结构指针，定义在下面。
• 返回值：
  • 成功则返回0，若有错误则返回-1，错误原因存于errno。
• 常见的功能：
  • 复制一个现存的描述符，新文件描述符作为函数返回值（cmd = F_DUPFD）
  • 获得/设置文件描述符标志（cmd = F_GETFD 或 F_SETFD）
  • 获得/设置文件状态标志（cmd = F_GETFL 或 F_SETFL）
  • 获得/设置文件锁（cmd = F_SETLK、cmd= F_GETLK、F_SETLKW）
    • 第三个参数为 struct flock 结构体，定义如下　　

struct flcok
{
    short int l_type; /* 锁定的状态*/
    short int l_whence;/*决定l_start位置*/
    off_t l_start; /*锁定区域的开头位置*/
    off_t l_len; /*锁定区域的大小*/
    pid_t l_pid; /*锁定动作的进程*/
};

• l_type 有三种状态：
  • F_RDLCK 建立一个供读取用的锁定
  • F_WRLCK 建立一个供写入用的锁定
  • F_UNLCK 删除之前建立的锁定
• l_whence 也有三种方式：
  • SEEK_SET 以文件开头为锁定的起始位置。
  • SEEK_CUR 以目前文件读写位置为锁定的起始位置
  • SEEK_END 以文件结尾为锁定的起始位置。　　　　

6.1.2 例子　

　　文件状态标志设置

　　io.h

#ifndef __IO_H__
#define __IO_H__

extern void copy(int fdin, int fdout);

6 extern void set_fl(int fd, int flag);
7 extern void clr_fl(int fd, int flag);
#endif

　　io.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include "io.h"
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>


#define BUFFER_LEN 1024

/* 文件的读写拷贝 */
void copy(int fdin, int fdout)
{
    char buff[BUFFER_LEN];
    ssize_t size;

//    printf("file length: %ld\n", lseek(fdin, 0L, SEEK_END));//将文件定位到文件尾部，偏移量为0L
//    lseek(fdin, 0L, SEEK_SET);// 定位到文件开头

    while((size = read(fdin, buff, BUFFER_LEN)) > 0) { //从 fdin 中读取 BUFFER_LEN 个字节存放入  buff 中
//        printf("current: %ld\n", lseek(fdin, 0L, SEEK_CUR));

        if(write(fdout, buff, size) != size) {
            fprintf(stderr, "write error: %s\n", strerror(errno));
            exit(1);
        }
    }
    if(size < 0) {
        fprintf(stderr, "read error:%s\n", strerror(errno));
        exit(1); // 相当于 return 1;
    }
}


39 void set_fl(int fd, int flag)
40 {
41     int val;
42 
43     //获得原来的文件状态标志
44     val = fcntl(fd, F_GETFL);
45     if(val < 0) {
46         perror("fcntl error");
47     }
48 
49     //增加新的文件状态标志
50     val |= flag;
51 
52     //重新设置文件状态标志(val 为新的文件状态标志)
53     if(fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0) {
54         perror("fcntl error");
55     }
56 }

58 void clr_fl(int fd, int flag)
59 {
60     int val;
61 
62     val = fcntl(fd, F_GETFL);
63     if(val < 0) {
64         perror("fcntl error");
65     }
66     //清除指定的文件状态标志（设置为0）
67     val &= ~flag;
68     if(fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0) {
69         perror("fcntl error");
70     }
71 }

　　file_append.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include "io.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc < 3) {
        fprintf(stderr, "usage: %s content destfile\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    int fd;
    int ret;
    size_t size;

    fd = open(argv[2], O_WRONLY);

    //设置追加的文件状态标志
26     set_fl(fd, O_APPEND);

    //清除追加文件状态标志
    //clr_fl(fd, O_APPEND);
    /*
    fd = open(argv[2], O_WRONLY | O_APPEND);
    if(fd < 0){
        perror("open error");
        exit(1);
    }

    */
/*
    //定位到文件尾部
    ret = lseek(fd, 0L, SEEK_END);
    if(ret == -1) {
        perror("lseek error");
        close(fd);
        exit(1);
    }
*/    
    sleep(10); //睡眠 10s

    //往文件中追加内容
    size = strlen(argv[1]) * sizeof(char);
    if(write(fd, argv[1], size) != size) {
        perror("write error");
        close(fd);
        exit(1);
    }

    return 0;
}

　　编译调试与 file_append 例子中相同

6.2 ioctl函数---io设备控制函数

#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int fd, int cmd, …)

• 函数说明：
  • ioctl是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理，就是对设备的一些特性进行控制，例如串口的传输波特率、马达的转速等等。
  • ioctl函数是文件结构中的一个属性分量，就是说如果你的驱动程序提供了对ioctl的支持，用户就能在用户程序中使用ioctl函数控制设备的I/O通道。
  • 此函数可以说是 I/O操作的杂物箱。不能用前面说的函数表示的 I/O 操作通常都能用 ioctl 表示。
  • 终端 I/O 是 ioctl 的最大使用方面，主要用于设备 I/O 控制
• 函数功能：
  • 控制I/O设备 ，提供了一种获得设备信息和向设备发送控制参数的手段。
  • 用于向设备发控制和配置命令 ，有些命令需要控制参数，这些数据是不能用read / write 读写的,称为Out-of-band数据。
  • 也就是说,read / write 读写的数据是in-band数据,是I/O操作的主体，而ioctl 命令传送的是控制信息,其中的数据是辅助的数据。
• 参数说明：
  • @fd ：就是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符，
  • @cmd ：就是用户程序对设备的控制命令，
  • @.... : 省略号，那是一些补充参数，即可变参数列表，一般最多一个，有或没有是和cmd的意义相关的。
• 返回值：成功为0，出错为-1

6.2.2 例子

　　从键盘 IO 设备中，读取键盘的数据

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/input.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    int fd = -1;
    char name[256] = "Unknown";
    struct input_event event;//事件源
    int ret = 0;

    if((fd = open("/dev/input/event1", O_RDONLY)) < 0) {
        perror("open error");
        exit(1);
    }

    //EVIOCGNAME 宏的作用是获得 IO 设备的名称
    if(ioctl(fd, EVIOCGNAME(sizeof(name)), name) < 0) {
        perror("evdev ioctl error\n");
        exit(1);
    }

    printf("The device says its name is %s\n", name);

    //读写打开的设备文件
    while(1) {
        ret = read(fd, &event, sizeof(event));
        if(ret < 0) {
            perror("read event error\n");
        }

        if(EV_KEY == event.type) {
            //如果事件是一个按键码
            printf("key code is %d\n", event.code);

            if(event.code == 16) {
                //按 q 退出此应用程序
                break;
            }
        }
    }

    close(fd);

    return 0;
}