linux基础复习（6）文件I/O操作
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不带缓存的文件I/O 操作，主要用到5 个函数：open、read、write、lseek和close。这里的不带缓存是指每一个函数都只调用系统中的一个函数(不理解这句话的含义)。这些函数虽然不是ANSI C的组成部分，但是是POSIX 的组成部分。
open函数语法要点
|-- #i nclude // 提供类型pid_t的定义
所需头文件----|-- #i nclude
|-- #i nclude
函数原型 int open(const char *pathname，flags，int perms)
pathname 被打开的文件名(可包括路径名)
O_RDONLY：只读方式打开文件
O_WRONLY：可写方式打开文件
O_RDWR：读写方式打开文件
O_CREAT：如果该文件不存在，就创建一个新的文件，并用第三个参数为其设置权限
O_EXCL：如果使用O_CREAT时文件存在，则可返回错误消息。这一
函数传入值 参数可测试文件是否存在
O_NOCTTY：使用本参数时，如文件为终端
终端不可用open()系统调用的那个进程的控制终端
O_TRUNC：如文件已经存在，并且以只读或只写成功打开，那么会先
全部删除文件中原有数据
O+APPEND：以添加方式打开文件，在打开文件的同时，文件指针指
向文件的末尾
perms 被打开文件的存取权限，为8进制表示法
函数返回值 成功：返回文件描述符
失败：-1
补述：文件描述符
对于Linux 而言，所有对设备和文件的操作都使用文件描述符来进行的。文件描述符
是一个非负的整数，它是一个索引值，并指向内核中每个进程打开文件的记录表。当打开一
个现存文件或创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符;当需要读写文件时，
也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。
通常，一个进程启动时，都会打开3 个文件：标准输入、标准输出和标准出错处理。这
3 个文件分别对应文件描述符为0、1 和2(也就是宏替换STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO
和STDERR_FILENO)。
基于文件描述符的I/O 操作虽然不能移植到类Linux 以外的系统上去(如Windows)，但它
往往是实现某些I/O操作的惟一途径，如Linux中低级文件操作函数、多路I/O、TCP/IP套接字
编程接口等。同时，它们也很好地兼容POSIX标准，因此，可以很方便地移植到任何POSIX平
台上。基于文件描述符的I/O操作是Linux中最常用的操作之一。
read函数语法要点
所需头文件 #i nclude
函数原型 ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count)
fd：文件描述符
函数传入值 buf：指定存储器读出数据的缓函数传入值 冲区
count：指定读出的字节数
成功：读到的字节数
函数返回值 0：已到达文件尾
-1：出错
write函数语法要点
所需头文件 #i nclude
函数原型 ssize_t write(int fd,void *buf,size_t count)
fd：文件描述符
函数传入值 buf：指定存储器写入数据的缓函数传入值 冲区
count：指定读出的字节数
函数返回值 成功：已写的字节数
-1：出错
lseek函数语法要点
所需头文件 #i nclude
#i nclude
函数原型 off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence)
fd：文件描述符
函数传入值 offset：偏移量，每一读写操作所需要移动的距离
单位是字节的数量，可正可负(向前移，向后移)
whence： SEEK_SET：当前位置为文件的开头，新位置为偏移量的大小
当前位置 SEEK_CUR：当前位置为文件指针的位置，新位置为当前位置加上偏移
的基点 SEEK_END：当前位置为文件的结尾，新位置为文件的大小加上偏移
函数返回值 成功：文件的当前位移
-1：出错
/*打开，关闭，读写文件.c*/
#i nclude unistd.h>
#i nclude sys/types.h>
#i nclude sys/stat.h>
#i nclude fcntl.h>
#i nclude stdlib.h>
#i nclude stdio.h>
int main(void)
{
int fd; //文件描述符
int i,size,len;
char *buf="Writing to this file!";
char buf_r[10];
len = strlen(buf);
/*调用open函数，以可读写的方式打开，注意选项可以用“|”符号连接*/
if((fd = open("/tmp/hello.c", O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY , 0600 ))0){
perror("open:");
exit(1);
}
else{
printf("Open file: hello.c %d\n",fd);
}
/*调用write函数，将buf中的内容写入到打开的文件中*/
if((size = write( fd, buf, len)) 0){
perror("write:");
exit(1);
}
else
printf("Write:%s\n",buf);
/*调用lsseek函数将文件指针移到文件起始，并读出文件中的10个字节*/
lseek( fd, 0, SEEK_SET );
if((size = read( fd, buf_r, 10))0){
perror("read:");
exit(1);
}
else
printf("read form file:%s\n",buf_r);
if( close(fd) 0 ){
perror("close:");
exit(1);
}
else
printf("Close hello.c\n");
exit(0);
}
当多个用户共同使用、操作一个文件的情况，这时，Linux 通常采用的方法是给文件上锁，来避免共享的资源产生竞争的状态。
文件锁包括建议性锁和强制性锁。建议性锁要求每个上锁文件的进程都要检查是否有锁存在，并且尊重已有的锁。在一般情况下，内核和系统都不使用建议性锁。强制性锁是由内核执行的锁，当一个文件被上锁进行写入操作的时候，内核将阻止其他任何文件对其进行读写操作。采用强制性锁对性能的影响很大，每次读写操作都必须检查是否有锁存在。在Linux 中，实现文件上锁的函数有lock和fcntl，其中flock用于对文件施加建议性锁，而fcntl不仅可以施加建议性锁，还可以施加强制锁。同时，fcntl还能对文件的某一记录进行[!--empirenews.page--]
上锁，也就是记录锁。记录锁又可分为读取锁和写入锁，其中读取锁又称为共享锁，它能够使多个进程都能在
文件的同一部分建立读取锁。而写入锁又称为排斥锁，在任何时刻只能有一个进程在文件的某个部分上建立写入锁。当然，在文件的同一部分不能同时建立读取锁和写入锁。
fcntl函数格式
fcntl函数可以改变已经打开文件的性质。
#i nclude
#i nclude
#i nclude
int fcntl(int filedes, int cmd, ... ) ;
返回：若成功则依赖于cmd(见下)，若出错为- 1。
f c n t l函数有五种功能：
n 复制一个现存的描述符, 新文件描述符作为函数值返(c m d=F_DUPFD)。
n 获得/设置文件描述符标记,对应于filedes 的文件描述符标志作为函数值返回.(c m d = F_GETFD或F_SETFD)。
n 获得/设置文件状态标志，对应于filedes 的文件状态标志作为函数值返回。(c m d = F_GETFL或F_SETFL)。
n 获得/设置异步I / O有权(c m d = F_GETOWN或F_SETOWN)。
n 获得/设置记录锁(c m d = F_SETLK , F_SETLKW)。
关于加锁和解锁区域的说明还要注意下列各点：
l 该区域可以在当前文件尾端处开始或越过其尾端处开始，但是不能在文件起始位置之前开始或越过该起始位置。
l 如若l_len为0，则表示锁的区域从其起点(由l_start和l_whence决定)开始直至最大可能位置为止。也就是不管添写到该文件中多少数据，它都处于锁的范围。
l 为了锁整个文件，通常的方法是将l_start说明为0，l_whence说明为SEEK_SET，l_len说明为0。
实例：
/*fcntl_write.c测试文件写入锁主函数部分*/
#i nclude unistd.h>
#i nclude sys/file.h>
#i nclude sys/types.h>
#i nclude sys/stat.h>
#i nclude stdio.h>
#i nclude stdlib.h>
/*lock_set函数*/
void lock_set(int fd, int type)
{
struct flock lock;
lock.l_whence = SEEK_SET;//赋值lock结构体
lock.l_start = 0;
lock.l_len =0;
while(1)
{
lock.l_type = type;
/*根据不同的type值给文件上锁或解锁*/
if((fcntl(fd, F_SETLK, &lock)) == 0)
{
if( lock.l_type == F_RDLCK )
printf("read lock set by %d\n",getpid());
else if( lock.l_type == F_WRLCK )
printf("write lock set by %d\n",getpid());
else if( lock.l_type == F_UNLCK )
printf("release lock by %d\n",getpid());
return;
}
/*判断文件是否可以上锁*/
fcntl(fd, F_GETLK,&lock);
/*判断文件不能上锁的原因*/
if(lock.l_type != F_UNLCK)
{
/*/该文件已有写入锁*/
if( lock.l_type == F_RDLCK )
printf("read lock already set by %d\n",lock.l_pid);
/*该文件已有读取锁*/
else if( lock.l_type == F_WRLCK )
printf("write lock already set by %d\n",lock.l_pid);
getchar();
}
}
}
int main(void)
{
int fd;
/*首先打开文件*/
fd=open("hello",O_RDWR | O_CREAT, 0666);
if(fd 0)
{
perror("open");
exit(1);
}
/*给文件上写入锁*/
lock_set(fd, F_WRLCK);
getchar();
/*给文件接锁*/
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}
开两个终端分别运行，可看到先运行的那个终端，成功上锁，后运行的那个无效。可见写入锁是互斥锁，一个时候只能有一个写入锁存在
select 实现I/O复用
I/O处理的五种模型
① 阻塞I/O模型：若所调用的I/O函数没有完成相关的功能就会使进程挂起，直到相关数据到达才会返回。如：终端、网络设备的访问。
② 非阻塞模型：当请求的I/O操作不能完成时，则不让进程休眠，而且返回一个错误。如：open、read、write访问。
③ I/O多路转接模型：如果请求的I/O 操作阻塞，且他不是真正阻塞I/O，而且让其中的一个函数等待，在这期间， I/O还能进行其他操作。如：select函数。
④ 信号驱动I/O模型：在这种模型下，通过安装一个信号处理程序，系统可以自动捕获特定信号的到来，从而启动I/O。
⑤ 异步I/O模型：在这种模型下，当一个描述符已准备好，可以启动I/O时，进程会通知内核。由内核进行后续处理，这种用法现在较少。
select函数
传向select的参数告诉内核：
(1) 我们所关心的描述符。
(2) 对于每个描述符我们所关心的条件(是否读一个给定的描述符?是否想写一个给定的描述符?是否关心一个描述符的异常条件?)。
(3) 希望等待多长时间(可以永远等待，等待一个固定量时间，或完全不等待)。
从s e l e c t返回时，内核告诉我们：
(1) 已准备好的描述符的数量。
(2) 哪一个描述符已准备好读、写或异常条件。
#i nclude /* fd_set data type */
#i nclude /* struct timeval */
#i nclude /* function prototype might be here */
int select (int numfds, fd_set *readfds,
fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval * timeout) ;
返回：准备就绪的描述符数，若超时则为0，若出错则为- 1。
timeout值：
n NULL：永远等待，直到捕捉到信号或文件描述符已准备好为止;
n 具体值： struct timeval 类型的指针，若等待为timeout时间还没有文件描述符准备好，就立即返回;
n 0：从不等待，测试所有指定 的描述符并立即返回;
先说明最后一个参数，它指定愿意等待的时间。[!--empirenews.page--]
struct timeval
{
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* and microseconds */
};
select函数根据希望进行的文件操作对文件描述符进行分类处理，这里，对文件描述符的处理主要设计4个宏函数：
FD_ZERO(fd_set *set) 清除一个文件描述符集;
FD_SET(int fd, fd_set *set) 将一个文件描述符加入文件描述符集中;
FD_CLR(int fd, fd_set *set) 将一个文件描述符从文件描述符集中清除;
FD_ISSET(int fd, fd_set *set) 测试该集中的一个给定位是否有变化;
在使用select函数之前，首先使用FD_ZERO和FD_SET来初始化文件描述符集,并使用select函数时，可循环使用FD_ISSET测试描述符集， 在执行完成对相关的文件描述符后， 使用FD_CLR来清除描述符集。
实例
/*select.c*/
#i nclude fcntl.h>
#i nclude stdio.h>
#i nclude unistd.h>
#i nclude stdlib.h>
#i nclude sys/time.h>
int main(void)
{
int fds[2];
char buf[7];
int i,rc,maxfd;
fd_set inset1,inset2;
struct timeval tv;
if((fds[0] = open ("hello1", O_RDWR|O_CREAT,0666))0)
perror("open hello1");
if((fds[1] = open ("hello2", O_RDWR|O_CREAT,0666))0)
perror("open hello2");
if((rc = write(fds[0],"Hello!\n",7)))
printf("rc=%d\n",rc);
lseek(fds[0],0,SEEK_SET);
maxfd = fds[0]>fds[1] ? fds[0] : fds[1];
//初始化读集合 inset1，并在读集合中加入相应的描述集
FD_ZERO(&inset1);
FD_SET(fds[0],&inset1);
//初始化写集合 inset2，并在写集合中加入相应的描述集
FD_ZERO(&inset2);
FD_SET(fds[1],&inset2);
tv.tv_sec=2;
tv.tv_usec=0;
// 循环测试该文件描述符是否准备就绪，并调用 select 函数对相关文件描述符做相应操作
while(FD_ISSET(fds[0],&inset1)||FD_ISSET(fds[1],&inset2))
{
if(select(maxfd+1,&inset1,&inset2,NULL,&tv)0)
perror("select");
else{
if(FD_ISSET(fds[0],&inset1))
{
rc = read(fds[0],buf,7);
if(rc>0)
{
buf[rc]='\0';
printf("read: %s\n",buf);
}else
perror("read");
}
if(FD_ISSET(fds[1],&inset2))
{
rc = write(fds[1],buf,7);
if(rc>0)
{
buf[rc]='\0';
printf("rc=%d,write: %s\n",rc,buf);
}else
perror("write");
sleep(10);
}
}
}
exit(0);
}
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