Linux应用开发基础知识——文件IO操作（三）

前言：

在 Linux 系统中，一切都是“文件”：普通文件、驱动程序、网络通信等等。 所有的操作，都是通过“文件 IO”来操作的。所以，很有必要掌握文件操作的常用接口。

目录

一、文件IO

1.什么是文件：

2.怎么知道这些函数的用法？

3.文件IO的分类

二、使用open函数打开文件

1.用man命令进行查看文件使用方法

 2.open.c 源码如下：

 三、使用open函数创建文件

 create.c 源码如下：

四、使用write函数写文件

1.用man命令进行查看文件使用方法

 2 .write.c 源码如下：

五、lseek中间插入

1.用man命令进行查看文件使用方法

2 .write_in_poc.c 源码如下：

​编辑 六、读写文件

1.通用的 IO 模型：open/read/write/lseek/close

 2.不是通用的函数：ioctl/mmap

七、内核接口

1.系统调用函数怎么进入内核？

2.内核的 sys_open、sys_read 会做什么？ 

        这 2 本书的内容类似，第一本对知识点有更细致的描述，适合初学者；第二 本比较直接，一上来就是各种函数的介绍，适合当作字典，不懂时就去翻看一下。 做纯 Linux 应用的入门，看这 2 本书就可以了，我们的侧重于“嵌入式 Linux”。 

一、文件IO

1.什么是文件：

        Linux 的文件既可以是真实保存到存储介质的文件也可以 是自身内核提供的虚拟文件，还可以是设备节点。

2.怎么知道这些函数的用法？

Linux 下有 3 大帮助方法：help、man、info。

想查看某个命令的用法时，比如查看 ls 命令的用法，可以执行：

ls --help

 help 只能用于查看某个命令的用法，而 man 手册既可以查看命令的用法，还可以查看函数的详细介绍等等。它含有 9 大分类，如下：

1 Executable programs or shell commands // 命令
2 System calls (functions provided by the kernel) // 系统调用，比如 man 2 open
3 Library calls (functions within program libraries) // 函数库调用
4 Special files (usually found in /dev) // 特殊文件, 比如 man 4 tty 
5 File formats and conventions eg /etc/passwd // 文件格式和约定, 比如 man 5 passwd
6 Games // 游戏
7 Miscellaneous (including macro packages and conventions), e.g. man(7), groff(7) //杂项
8 System administration commands (usually only for root) // 系统管理命令
9 Kernel routines [Non standard] // 内核例程

        比如想查看 open 函数的用法时，可以直接执行“man open”，发现这不是 想要内容时再执行“man 2 open”。

        在 man 命令中可以及时按“h”查看帮助信息了解快捷键。常用的快捷键是： 

f 往前翻一页
b 往后翻一页
/patten 往前搜
?patten 往后搜

         就内容来说，info 手册比 man 手册编写得要更全面，但 man 手册使用起来 更容易些。

        以书来形容 info 手册和 man 手册的话，info 手册相当于一章，里面含有若干节，阅读时你需要掌握如果从这一节跳到下一节；而 man 手册只相当于一节， 阅读起来当然更容易。

3.文件IO的分类

标准IO:   fopen/fread/fwrite/fseek/fflush/fclose

系统IO： open/read /write/lseek/close
 

这2种IO函数的区别： 

二、使用open函数打开文件

1.用man命令进行查看文件使用方法

man 2 open

函数作用：

作用:打开或者创建一个文件

pathname: 文件路径名，或者文件名

flags:表示打开文件所采用的操作


O_RDONLY:只读模式
O_WRONLY:只写模式

O_RDWR:可读可写 
O_APPEND：表示追加，如果原来文件里面有内容，则这次写入会写在文件的最末尾。 
O_REAT:表示如果指定文件不存在，则创建这个文件
O_EXCL:表示如果要创建的文件已存在，则出错，同时返回--1，并且修改·errno·的值。
O_TRUNC:表示截断，如果文件存在,并且以只写、读写方式打开,则将其长度截断为0。“

 2.open.c 源码如下：


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
/*
*./open_ 1.txt
*argc    = 2
*argv[0] = "./open"
*argv[1] = "1.txt"
*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;if(argc != 2){printf("Uage:%s <file>\n",argv[0]);return -1;}fd = open(argv[1],O_RDWR);if (fd < 0){printf("can not open file %s\n",argv[1]);printf("errno = %d\n",errno);printf("err: %s\n",strerror(errno));perror("open");}else{printf("fd = %d\n",fd);}while(1){sleep(10);}close(fd);return 0;
}

 三、使用open函数创建文件

设置创建文件并开启权限

fd = open(argv[1],O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,0644);

 create.c 源码如下：


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
/*
*./create   1.txt
*argc    = 2
*argv[0] = "./create"
*argv[1] = "1.txt"
*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;if(argc != 2){printf("Uage:%s <file>\n",argv[0]);return -1;}fd = open(argv[1],O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,0644);if (fd < 0){printf("can not open file %s\n",argv[1]);printf("errno = %d\n",errno);printf("err: %s\n",strerror(errno));perror("open");}else{printf("fd = %d\n",fd);}while(1){sleep(10);}close(fd);return 0;
}

四、使用write函数写文件

1.用man命令进行查看文件使用方法

 2 .write.c 源码如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
/*
*./write   1.txt  str1 str2
*argc    >= 3
*argv[0] = "./write"
*argv[1] = "1.txt"
*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;int i;int len;if(argc < 3){printf("Uage:%s <file> <string1> <string2> ...\n",argv[0]);return -1;}fd = open(argv[1],O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,0644);if (fd < 0){printf("can not open file %s\n",argv[1]);printf("errno = %d\n",errno);printf("err: %s\n",strerror(errno));perror("open");}else{printf("fd = %d\n",fd);}for(i = 2; i < argc; i ++){len =  write(fd,argv[i],strlen(argv[i]));if(len != strlen(argv[i])){perror("write");break;}write(fd,"\r\n",2);}close(fd);return 0;
}

五、lseek中间插入

1.用man命令进行查看文件使用方法

2 .write_in_poc.c 源码如下：


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
/*
*./write   1.txt  str1 str2
*argc    >= 3
*argv[0] = "./write"
*argv[1] = "1.txt"
*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;int i;int len;if(argc != 2){printf("Uage:%s <file>\n",argv[0]);return -1;}fd = open(argv[1],O_RDWR | O_CREAT,0644);if (fd < 0){printf("can not open file %s\n",argv[1]);printf("errno = %d\n",errno);printf("err: %s\n",strerror(errno));perror("open");}else{printf("fd = %d\n",fd);}printf("lseek to offset 3 from file head\n");lseek(fd,3,SEEK_SET);write(fd,"123",3);close(fd);return 0;
}

 六、读写文件

1.通用的 IO 模型：open/read/write/lseek/close

copy.c 源码如下：


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>/** ./copy 1.txt 2.txt* argc    = 3* argv[0] = "./copy"* argv[1] = "1.txt"* argv[2] = "2.txt"*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd_old, fd_new;char buf[1024];int len;/* 1. 判断参数 */if (argc != 3){printf("Usage: %s <old-file> <new-file>\n", argv[0]);return -1;}/* 2. 打开老文件 */fd_old = open(argv[1], O_RDONLY);if (fd_old == -1){printf("can not open file %s\n", argv[1]);return -1;}/* 3. 创建新文件 */fd_new = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH);if (fd_new == -1){printf("can not creat file %s\n", argv[2]);return -1;}/* 4. 循环： 读老文件-写新文件 */while ((len = read(fd_old, buf, 1024)) > 0){if (write(fd_new, buf, len) != len){printf("can not write %s\n", argv[2]);return -1;}}/* 5. 关闭文件 */close(fd_old);close(fd_new);return 0;
}
book@100ask:~/source/06_fileio$ gcc -o copy copy.c
book@100ask:~/source/06_fileio$ ./copy copy.c new.c

 2.不是通用的函数：ioctl/mmap

copy_mmap.c 源码如下：


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>/** ./copy 1.txt 2.txt* argc    = 3* argv[0] = "./copy"* argv[1] = "1.txt"* argv[2] = "2.txt"*/
int main(int argc, char **argv)
{int fd_old, fd_new;struct stat stat;char *buf;/* 1. 判断参数 */if (argc != 3){printf("Usage: %s <old-file> <new-file>\n", argv[0]);return -1;}/* 2. 打开老文件 */fd_old = open(argv[1], O_RDONLY);if (fd_old == -1){printf("can not open file %s\n", argv[1]);return -1;}/* 3. 确定老文件的大小 */if (fstat(fd_old, &stat) == -1){printf("can not get stat of file %s\n", argv[1]);return -1;}/* 4. 映射老文件 */buf = mmap(NULL, stat.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd_old, 0);if (buf == MAP_FAILED){printf("can not mmap file %s\n", argv[1]);return -1;}/* 5. 创建新文件 */fd_new = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH);if (fd_new == -1){printf("can not creat file %s\n", argv[2]);return -1;}/* 6. 写新文件 */if (write(fd_new, buf, stat.st_size) != stat.st_size){printf("can not write %s\n", argv[2]);return -1;}/* 5. 关闭文件 */close(fd_old);close(fd_new);return 0;
}

book@100ask:~/source/06_fileio$ gcc -o copy_mmap copy_mmap.c
book@100ask:~/source/06_fileio$ ./copy_mmap copy_mmap.c new2.c

七、内核接口

1.系统调用函数怎么进入内核？

        以 open/read 为例，从用户态调用 API 触发异常进入内核的过程，最后调用的 sys_call_table 的函数指针数组如下：

2.内核的 sys_open、sys_read 会做什么？ 

        进入内核后，sys_read/open 会首先根据参数判断文 件的类型，然后根据不同的文件类型去找不同的设备驱动，继而进行读写或者输 入输出控制。

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