Linux编程基础 2.1：Linux文件系统与操作

1 文件I/O

open()
read()
write()
lseek()
close()

1.1 open函数

#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags[, mode_t mode);

open函数参数说明：

pathname：待打开文件的文件路径名；
flags：访问模式，常用的宏有：
– O_RDONLY：只读
– O_WRONLY: 只写
– O_RDWR: 读写
– O_CREAT: 创建一个文件并打开
– O_EXCL: 测试文件是否存在，不存在则创建
– O_TRUNC: 以只写或读写方式成功打开文件时，将文件长度截断为0
– O_APPEND: 以追加方式打开文件

只有第二个参数flags = O_CREAT，第三个参数才会被用于设置新文件的权限，取值如下：

S_IRWXU: 文件所有者，读、写、执行
S_IRUSR: 文件所有者，读
S_IWUSR: 文件所有者，写
S_IXUSR: 文件所有者，执行
S_IRWXG: 文件所属组，读、写、执行
S_IRGRP: 文件所属组，读
S_IWGRP: 文件所属组，写
S_IXGRP: 文件所属组，执行
S_IRWXO: 其他人，读、写、执行
S_IROTH: 其他人，读
S_IWOTH: 其他人，写
S_IXOTH: 其他人，执行

返回值说明：

调用成功，返回一个文件描述符
不成功，返回-1

例：创建一个文件

open(pathname, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, mode);
or
int create(const char *pathname, mode_t mode);

【案例 1】创建一个文件，设置权限为0777。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main(){int tempFd;tempFd = open("abc", O_CREAT, 0777);printf("fd = %d\n", tempFd);return 0;
}//of main

问题：为什么fd = 3? 为什么abc文件权限是775？
在这里插入图片描述

【案例 2】最多能打开多少个文件？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[]){int tempFd;char tempName[1024];int i = 0;while (1) {sprintf(tempName, "file%d", ++i);tempFd = open(tempName, O_CREAT, 0777);if (tempFd == -1) {exit(1);}//of ifprintf("%d\n", i);}//of whilereturn 0;
}//of main

问题：为什么是1021？不是1024？
在这里插入图片描述
答：因为有stdin, stdout, stderr三个文件默认打开

几个有用的命令：

cat /proc/sys/fs/file-max
查看当前系统允许打开最大文件个数
ulimit –a
当前默认设置最大打开文件个数1024
ulimit –n 4096
修改默认设置最大打开文件个数为4096

1.2 read函数

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

read函数参数说明：

fd: 从open或create函数返回的文件描述符
buf: 缓冲区
count: 读取数据的字节数

返回值说明：

ssize_t: 有符号的size_t，有三种返回值
– 正数：请求读取的字节数
– 0: 文件长度有限，若读写位置距文件末尾只有20字节，该函数请求读取30字节，则第一次读取时返回值为20，第二次读取时，返回0
– -1: 读取文件出错

特殊说明： read函数从设备或网络中读数据，如从终端读取数据，终端写入数据没回车，这些数据不会传给read函数，read函数就会一直阻塞；如从网络端读取数据，网络通信的socket文件没有数据，read函数同样会阻塞。

【案例 3】阻塞读，超过字符数会出现什么问题。

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {char buf[10];//十个字符int n;n = read(STDIN_FILENO, buf, 10);if (n < 0) {perror("read STDIN_FILENO");exit(1);}//of ifwrite(STDOUT_FILENO, buf, n);return 0;
}//of main

问题：为什么会出现命令找不到？
在这里插入图片描述
答：超过10个字符，read只读取了10个字符，剩下的字符保存在内核的终端设备输入缓冲区
a.out退出，Shell进程继续从终端读走剩下的字符d和换行符，把它当成一条命令，结果发现执行不了。

1.3 write函数

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count);

write函数参数说明：同read函数
返回值说明：返回写入的字节数或者-1并设置errno
特殊说明：向终端或网络端写数据时，可能会进入阻塞状态

1.4 lseek函数

#include <unistd.h>
ssize_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

lseek函数参数说明：

fd: 从open或create函数返回的文件描述符
offset: 对文件偏移量的设置，参数可正可负
whence: 控制设置当前文件偏移量的方法
– whence = SEEK_SET: 文件偏移量被设置为offset
– whence = SEEK_CUR: 文件偏移量被设置为当前偏移量+offset
– whence = SEEK_END: 文件偏移量被设置为文件长度+offset

返回值说明：

设置成功：返回新的偏移量
不成功：-1

1.5 close函数

#include <unistd.h>
int close(int fd);

返回值说明：

成功：返回0
不成功：-1

2 案例

【案例 4】使用open函数打开或创建一个文件，将文件清空，使用write函数在文件中写入数据，并使用read函数将数据读取并打印。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main(){int tempFd = 0;char tempFileName[20] = "test.txt";//Step 1. open the file.tempFd = open(tempFileName, O_RDWR|O_EXCL|O_TRUNC, S_IRWXG);if(tempFd == -1){perror("file open error.\n");exit(-1);}//of if//Step 2. write the data.int tempLen = 0;char tempBuf[100] = {0};scanf("%s", tempBuf);tempLen = strlen(tempBuf);write(tempFd, tempBuf, tempLen);close(tempFd);//Step 3. read the filetempFd = open(tempFileName, O_RDONLY);if(tempFd == -1){perror("file open error.\n");exit(-1);}//of ifoff_t tempFileSize = 0;tempFileSize = lseek(tempFd, 0, SEEK_END);lseek(tempFd, 0, SEEK_SET);while(lseek(tempFd, 0, SEEK_CUR)!= tempFileSize){read(tempFd, tempBuf, 1024);printf("%s\n", tempBuf);}//of whileclose(tempFd);return 0;
}//of main