LinuxC——1.文件读写

1.❤️文件IO

从CPU到文件是Output的一个过程，从文件到CPU是一个Input的过程，这个过程是以CPU为点的

2.🧡系统函数

open：打开文件
close：关闭文件
read：读数据
write：写数据
lseek：移动文件中读写位置
dup：文件书写位置重定位函数，重定位可以写入另一个文件
fcntl：文件描述符设置
ioctl：一个特殊函数

3.💛文件读写的简单例子

open函数：通过fd，找到块设备文件
- 文件系统是一个程序代码，组织块设备所有文件
- 文件系统属于OS一部分
- 找到文件后，调用块设备驱动，打开文件
  - 打开成功，返回非负操作符
  - 打开失败，返回-1
write函数：利用打开成功返回的，向文件里面写数据
lseek函数：利用文件描述符，将文件读写位置调整到文件相应位置
- why设置文件头
- write的时候，文件读写位置已经到了末尾
read函数：从文件头开始，读取指定长度的数据到buf中

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main() {
        int fd = 0;

        fd = open("./file.txt", O_RDWR);
        if(-1 == fd) {
                printf("open fail\n");
                return 1;
        }else {
                printf("open ok\n");
        }

        char buf[] = "Steve Yu, today is nice";
        write(fd, (void *)buf, strlen(buf));

        lseek(fd, SEEK_SET, 0);

        char buf2[30] = {0};
        read(fd, buf2, sizeof(buf));

        puts(buf2);
  
  			close(fd);
        return 0;
}

4.💚文件打开后，OS做了什么？

记录打开文件信息
1. 程序运行后是一个进程，OS会创建一个task_struct的结构体，记录运行的各种信息
2. open将文件打开后，在task_struct会创建一些数据结构，用来创建当前进程的打开文件的信息，后面所有的都依赖这些信息
open函数会申请一段内存空间（内核缓存）
1. 内核缓存是在OS的一个空间，比如char buf[100]，就开辟了缓存
2. 由os开辟的叫内核缓存
open为啥要开辟内存缓存空间？

内存读写 > 磁盘读写，我们会省时间
open仅仅开辟了内存缓存空间，并没有数据，只有读写数据的时候

先将数据读到内核缓存中，之后下层会让内存缓存和磁盘数据进行交换
读写的时候，数据的流动？

硬件 -> 驱动缓存 -> 内核缓存 -> 应用程序中的数组

（仅掌握open函数，其余函数已经过时）

5.💙指定宏

O_RDONLY：只读
O_WRONLY：只写
O_RDWR：可读可写

以上三个不可以用 | 进行宏运算，而可以与以下进行宏运算

O_TRUNC：打开进行清空
O_APEND：打开后写数据追加
O_NONBLOCK和O_AYNC：非阻塞，同步

flag参数之O_CREAT、O_EXCL

O_CREAT：新建一个文件
O_EXCL：O_EXCL和O_CREAT同时被指定，打开文件，如果文件存在，就报错

可以使用O_RDWR|O_CREAT进行组合，那么可以不存在进行创建，存在不打开的功能

6.💜文件描述符

文件描述符是什么？

文件描述符指向打开的文件，后面read/write/close等操作，都是基于文件描述符进行操作

文件描述符池

每个程序运行起来后，就是一个进程，系统给每个进程分配0_{1023的描述符的范围，返回的文件描述符，是在0}1023的某个数字

为啥第一个打开的文件，open返回的是3？

open返回的文件描述符是规则的：

open返回文件描述符池中，返回当前没用的最小的一个
进程运行起来，0/1/2会默认使用，最小没用的是3

fopen文件指针

fopen是C库标准io函数

fopen成功后，FILE*的文件指针，打开了文件

fopen成功后，返回的是FILE*文件指针，指向打开的文件

对于Linux C库，fopen对open进行二次封装

7.❤️errno和perror

Linux中，如果像上述中，打开失败，那么就直接失败，遇到比较难排查的错误原因，难以查处具体错误

什么是errno？

errno我们查看man 3 errno中，可以看到，一系列错误宏定义，我们include "errno.h"即可

printf("%d: open error", errno);

这样即可发现17:open error，打开错误

2.具体错误

我们仅仅知道错误号，不知道具体错误，怎么办呢？

perror函数：我们通过man 3 perror，可以查看到错误号的具体使用

perror可以打印的错误号以及具体错误

perror("open fail");

我们可以知道，控制台打印：open fail: File exists

3.使用man 2 open进行查看ERRORS下错误号

比如EACCES，不允许访问

我们因为记不住错误号，也记不住宏定义，所以，我们有了perror

8.🧡close、write、read

close函数

close(fd):不主动关闭，应用也会自动关闭fd，但是我们得进行手动关闭

close函数做了啥

open打开的时候会在task struct中创建结构体空间，如果文件关闭，那么该结构体空间被释放

类似free(空间地址)
malloc和free是给C调用的库看书，Linux在释放的时候，有自己的释放函数

好习惯必须关闭，否则我们在生产环境，容易内存溢出

9.💛task struct结构体

结构体在存在在运行的进程中，在task struct是程序在运行的时候进行开辟
进程运行结束，linux系统会调用自己的系统函数，进行释放task struct

10.💚文件描述符

有关0/1/2文件描述符

stdin，文件描述符为0，0代表键盘，实现键盘输入

键盘->键盘驱动缓存->内核缓存->应用缓存

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
        int ret = 0;
        char buf[30] = {0};
        ret = read(0, (void *)buf, 30);
        if(-1 == ret) {
                perror("read fail");
                return -1;
        }
        puts(buf);
        return 0;
}

scanf底层调用read(0, buf, size)这个，这样就能兼容不同操作系统

close(0)，scanf还能工作不？

答案是不可以，用perror打印，会得到bad description的

stdout，文件描述符为1，使用1，则可以进行显示器显示

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
        int fd = 1, ret = 0;

        char buf[] = "steve\n";
        write(fd, buf, sizeof(buf));

        close(fd);
        return 0;
}

假设我们write(1, &a, sizeof(a))， a是一个int值，那么会打印一个(char)a进行

close(1)

printf不能工作

stderr, 文件描述符是2，是标准出错输出

使用2文件描述符也能进行打印

1打印普通信息，2打印报错信息

close(2)

perror是通过2进行打印，如果close(2)，则不能进行perror

宏定义

0：STDIN_FILENO

1：STDOUT_FILENO

2：STDERR_FILENO

11.💙lseek

lseek用来调整读写的位置，调用成功返回偏移量，调用失败返回-1

我们可以通过lseek获取文件大小

1.fd：打开文件

2.whence：粗定位

SEEK_SET：起始位置

SEEK_CUR：当前读写位置

SEEK_END：文件末尾位置

3.offset：微调

进行偏移，正数向前移动，负数向后

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
        int fd = 0, ret = 0;

        fd = open("./file.txt", O_RDONLY);

        if(-1 == fd) {
                perror("file open failed");
                exit(-1);
        }

        ret = lseek(fd, 0, SEEK_END);

        printf("文件大小%d\n", ret);
        return 0;
}

4.使用od -c filename，可以查看以字符进行显示字符

12.💜进程表和文件描述表

进程表：task_struct

这个结构体成员多达300个
每个进程运行起来后，linux系统会开辟task_struct 结构体
task_struct专门用于进程运行中，涉及进程相关信息

13.❤️共享操作文件

同一个进程共享相同文件

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void print_error(char* str) {
        perror(str);
        exit(-1);
}
int main() {
        int fd1, fd2;

        fd1 = open("./file.txt", O_RDWR);

        if(-1 == fd1) print_error("open fail");

        fd2 = open("./file.txt", O_RDWR);

        if(-1 == fd2) print_error("open fail");
  
  			// 写入操作
        return 0;
}

存在相互覆盖的关系

解决方案：使用O_APPEND进行追加

多个进程共享相同文件

gcc share_op_file.c -o a
gcc share_op_file.c -o b
./a
./b

那么会出现覆盖情况

解决方案：也使用O_APPEND进行追加

14.🧡dup和dup2

int dup(int fd)

在unistd.h中
dup用来复制文件描述符，得到一个新的文件描述符，指向原来的文件，指向最小没用的那一个

fd2 = dup(fd1)

int dup2(int oldfd, int newfd)

在unistd.h中
dup2指定一个文件描述符，用来复制文件描述符，得到一个新的文件描述符，如果已经打开，则关闭后再次打开

fd2 = (fd1, 4)

dup、dup2的意义

实现文件共享操作，不使用APPEND也不会出现文件覆盖。使用dup或dup2的时候，永远只有一个文件表。

15.💛实现文件重定位

步骤：

打开文件fd
close(1)
进行复制fd到1

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
        int fd1;
        fd1 = open("data.txt", O_RDWR|O_CREAT);
        close(1);
        dup(fd1);
        printf("Hello World");
        return 0;
}

当我们文件描述符写死了，那么可以进行文件重定位来进行，linux底层的重定位>是使用dup/dup2作为底层的支持

16.fcntl函数

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

fcntl是文件控制函数(file control)

fd：指向打开文件
cmd：控制命令
- F_DUPFD
  - 模拟DUP
- F_GETFL、F_SETFL
  - 获取设置文件状态标注，比如open没有指定O_APPEND，可以使用fcntl进行补设
- F_GETFD、F_SETFD（文件描述符）
- F_GETOWN、F_SETOWN（OWN）
- F_GETLK、F_SETLK、F_SETLKW（加锁）
先掌握前两个F_DUPFD和F_GETFL、F_SETFL

模拟DUP：

fcntl(fd, F_DUPFD, 0);// 第三个参数没有，用0表示

模拟DUP2：

fcntl(fd, F_DUPFD, 1);// 模拟DUP2，进行用1

设置

fcntl(fd, F_SETFL, O_RDWR|O_APPEND); // 修改打开时的Flag，返回新设置的标志

保留原标志，加新标志

flag = fcntl(fd, F_GETFL); // 获取
fcntl(fd, F_SETFL, flag|O_APPEND); // 叠加

posted @ 2020-04-05 14:47 SteveYu 阅读(1960) 评论(0) 编辑收藏举报

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4.💚文件打开后，OS做了什么？

5.💙指定宏

6.💜文件描述符

7.❤️errno和perror

8.🧡close、write、read

9.💛task struct结构体

10.💚文件描述符

11.💙lseek

12.💜进程表和文件描述表

13.❤️共享操作文件

14.🧡dup和dup2

15.💛实现文件重定位

16.fcntl函数

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