APUE学习笔记——文件IO

文件描述符

所有打开的文件都通过文件描述符(一个非负整数)引用。

维基百科上对于文件描述符的解释是这样的:

文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上,它是一个索引值,指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时,内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中,一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

当读、写一个文件时,使用opencreat返回的文件描述符标识该文件,将其作为参数传给readwrite

在POSIX.1的应用程序中,文件描述符0与进程的标准输入关联(STDIN_FILENO)、文件描述符1与进程的标准输出关联(STDOUT_FILENO)、文件描述符2与进程的标准错误关联(STDERR_FILENO),且已经确定化。
文件描述符的变化范围是0~OPEN_MAX-1

函数openopenat

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#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */);
int openat(int fd, const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */);
/*
*path :文件的名称,可以包含(绝对和相对)路径
*flags:文件打开模式
*mode:用来规定对该文件的所有者,文件的用户组及系 统中其他用户的访问权限
*/
/* 两函数的返回值: 若成功,返回文件描述符; 若出错,返回-1 */
打开方式 描述
O_RDONLY 只读打开.
O_WRONLY 只写打开.
O_RDWR 读、写打开.
O_EXEC 只执行打开.
O_SEARCH 只搜索打开 (应用于目录).
O_APPEND 每次写时都追加到文件的尾端.
O_CLOEXEC 设置FD_CLOEXEC文件描述符.
O_CREAT 若此文件不存在则创建它.
O_DIRECTORY 如果path引用的不是目录,则出错.
O_EXCL 如果同时指定了O_CREAT,而文件已存在,则出错.
O_NOCTTY 如果path引用的是终端设备,则不将该设备分配作为此进程的控制终端.
O_NOFOLLOW 如果path引用的是一个符号连接,则出错.
O_NONBLOCK 如果path引用的是一个FIFO、一个块特殊文件或一个自负特殊文件,则此选项为文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式.
O_SYNC 使每次write等待物理I/O完成,包括由该write操作引起的文件属性更新所需的I/O.
O_TRUNC 如果此文件存在,而且为只写或读-写成功打开,则将其长度截断为0.
O_TTY_INIT 如果打开一个还未打开的终端设备,设置非标准termios参数值,使其符合Single UNIX Specification.
O_DSYNC 使每次write要等待物理I/O完成,但是如果该写操作并不影响读取刚写入的数据,则不需等待文件属性被更新.
O_RSYNC 使每一个一文件描述符作为参数进行的read操作等待,直至所有对文件同一部份挂起的写操作都完成.

fd参数吧openopenat函数区分开,共有3种可能性。

  1. path参数指定的是绝对路径名,在这种情况下,fd参数被忽略,openat函数就相当于open函数。
  2. path参数指定的是相对路径名,fd参数指出了相对路径名在文件系统中的开始地址。fd参数是通过打开相对路径名所在的目录来获取。
  3. path参数指定了相对路径名,fd参数具有特殊值AT_FDCWD。在这种情况下,路径名在当前工作目录中获取,openat函数在操作上与open函数类似。

函数creat

调用函数creat创建一个新的文件

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#include <fcntl.h>

int creat(const char *path, mode_t mode);
/* 返回值: 若成功,返回为只写打开的文件描述符;如出错,返回-1 */

等效于:

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open(path, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, mode);

函数close

调用close函数关闭一个打开文件

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#include <unistd.h>
int close(int fd);
/* 返回值:若成功,返回0;如出错,返回-1 */

函数lseek

当前文件偏移量(current file offset):它通常是一个非负整数,用以度量从文件开始处计算的字节数。

调用lseek显式的为一个打开文件设置偏移量。

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#include <unistd.h>

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
/* 返回值:若辰宫,返回新的文件偏移量;若出错,返回-1 */

对参数offset的解释与参数whence的值有关。

  • whenceSEEK_SET,则经该文件的偏移量设置为距文件开始处offset个字节。
  • whenceSEEK_CUR,则经该文件的偏移量设置为其当前量增加offsetoffset可为正或负。
  • whenceSEEK_END,则经该文件的偏移量设置为文件长度加offsetoffset可正可负。

函数read

调用read函数从打开文件中读数据。

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#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);
/* 返回值:读到的字节数,若已到文件尾,返回0;若出错,返回-1 */

有多种情况可使实际读到的字节数少于要求读的字节数:

  • 读到普通文件时,在读到要求字计数之前已到达了文件微端。
  • 当从终端设备读时,通常一次最多读一行。
  • 当从网络读时,网络中的缓冲机制可能造成返回值小于所要求的字节数。
  • 当从管道或FIFO读时,如若管道包含的字节少于所需的数量,那么read将只返回实际可用的字节数。
  • 当从某些面向记录的设备读时,一次最多返回一个记录。
  • 当一信号造成中断,而已经读到部分数据量时。

函数write

调用write函数向打开文件写数据。

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#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);
/* 返回值:若成功,返回已写的字节数;若出错,返回-1 */

函数preadpwrite

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#include <unistd.h>

ssize_t pread(int fd, void *buf, size_t nbytes. off_t offset);
/* 返回值:读到的字节数,若已到文件尾,返回0;若出错,返回-1 */

ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t nbytes, off_t offset);

调用pread相当于调用lseek后调用read,但是pread又与这种顺序调用有下列重要区别。

  • 调用pread时,无法中断其定位和都读操作。
  • 不更新当前文件偏移量。
    调用pwrite相当于调用lseek后调用write,但也与它们有类似的区别。

原子操作(atomic operation);指的是由多步组成一个一个操作。如果该操作原子地执行,则要么执行所有步骤,要么一步也不执行,不可能只执行所有步骤的一个子集。

函数dupdup2

复制一个现有的文件描述符

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#include <unistd.h>

int dup(int fd);
int dup2(int fd, int fd2);
/* 两函数的返回值:若成功,返回新的文件描述符;如出错,返回-1 */

函数syncfsyncfdatasync

内核通常先将数据复制到缓冲区中,然后排入队列,晚些时候写入磁盘。这种方法被称为延迟写(delayed write).

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#include <unitstd.h>

int fsync(int fd);
int fdatasync(int fd);
/* 返回值:若成功,返回0;若出错,返回-1 */

void sync(void);

sync只是将所有修改过的块缓冲区排入写队列,然后就返回,它并不等待实际写磁盘操作结束。
fsync函数只对由文件描述符fd指定的一个文件起作用,并且等待写磁盘操作结束才返回。
fdatasync函数类似于fsync,但它只影响文件的数据部分。

函数fcntl

改变已经打开文件的属性。

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#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* int arg */);
/* 返回值:若成功,则依赖cmd,若出错,返回-1 */

fcntl函数有以下5种功能。

  1. 复制一个已有的描述符 (cmd=F_DUPFDF_DUPFD_CLOEXEC)。
  2. 获取/设置文件描述符标志 (cmd=F_GETFDF_SETFD)。
  3. 获取/设置文件状态标志 (cmd=F_GETFLF_SETFL)。
  4. 获取/设置异步I/O所有权 (cmd=F_GETOWNF_SETOWN)。
  5. 获取/设置记录锁 (cmd=F_GETLKF_SETLKW)。

|cmd|功能
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|——|:—————————————————-|
|F_DUPFD|复制文件描述符fd。|
|F_DUPFD_CLOEXEC|复制文件描述符,设置与新描述符关联的FD_CLOEXEC文件描述符标志的值,返回新文件描述符。|
|F_GETFD|对应于fd的文件描述符标志作为函数值返回。|
|F_SETFD|对于fd设置文件描述符标志。|
|F_GETFL|对应于fd的文件状态标志作为函数值返回。|
|F_SETFL|将文件状态标志设置为第3个参数的值。可以更改的几个标志是:O_APPENDO_NONBLOCKO_SYNCO_DSYNCO_RSYNCO_FSYNC、和O_ASYNC。|
|F_GETOWN|获取当前接收SIGIOSIGURG信号进程ID或进程组ID。|
|F_SETOWN|设置接收SIGIOSIGURG信号的进程ID或进程组ID。|

函数ioctl

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#include <unistd.h> /* System V */

#include <sys/ioctl.h> /* BSD and Linux */

int ioctl(int fd, int request, ...);
/* 返回值:若出错,返回-1;若成功,返回其他值 */

/dev/fd

较新的系统都提供名为/dev/fd的目录,其目录项是名为0、1、2等的文件。打开文件/dev/fdn等效于复制描述符n(假设描述符n是打开的).

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