linux系統程式設計（二）--檔案操作
阿新 • • 發佈：2018-12-25
1.0 檔案描述符
每個程序啟動後會自動開啟三個檔案描述符 0、1、2
分別對應於巨集 STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO, STDERR_FILENO
2.0 標準IO的緩衝型別
緩衝型別可以分為：無緩衝，行緩衝，與全緩衝
標準輸出是"行緩衝"，即遇到換行符或程序結束才會真正執行 IO 操作
標準出錯中"非緩衝"的，即立即進行 IO 操作
如果是磁碟檔案，標準 IO 會在其緩衝區填滿後才真正進行 IO 操作
//獲取緩衝區的大小 void get_buf(FILE *fd) { printf("buf star:%p\n",fd->_IO_buf_base); printf("buf end:%p\n",fd->_IO_buf_end); printf("%d\n",(int )(fd->_IO_buf_end - fd->_IO_buf_base)); } //讓緩衝區在buf上分配 if(setvbuf(fp,buf,_IOFBF,1314) == 0) { printf("setvbuf OK\n"); }
3.0 開啟和關閉檔案
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> 開啟檔案，返回檔案描述符，失敗返回 -1： int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); flags： 1. 必須包含以下三個之一： O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR 2. 還可以包含以下 0 到 n 個建立標誌（按位或）： O_CLOEXEC,O_CREAT,O_DIRECTORY,O_EXCL,O_NOCTTY,O_NOFOLLOW,O_TMPFILE 3. 以及其它檔案狀態標誌（按位或） O_CREAT|O_EXCL 如果檔案已存在，則返回失敗 O_TRUNC 截短檔案長度為 0 建立檔案，返回檔案描述符，失敗返回 -1： int creat(const char *pathname, mode_t mode); 等價於 open() 函式的 O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC 標誌 以上兩個函式的 mode 可能使用巨集或 5 位八進位制數來表示許可權 #include <unistd.h> 關閉檔案 int close(int fd);
4.0 檔案讀寫
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
讀從檔案描述符 fd 代表的檔案讀取最多 count 個位元組資料到 buf 中
如果 count 超了 SSIZE_MAX，則結果未定義
返回值 <= count，-1 表示出錯，0 表示檔案尾，其它的表示成功
成功並不代表讀取到了 count 個位元組
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
將 buf 中的最多 count 個位元組資料寫入 fd 檔案中
返回值 <= count，-1 表示出錯，0 表示什麼也沒有寫，其它表示成功
成功並不代表寫入了 count 個位元組
// 複製原始檔到目的檔案
while (1)
{
cnt = read(srcfd, buf, sizeof buf);
if (-1 == cnt)
{
perror("讀檔案失敗");
break;
}
else if (0 == cnt)
{
printf("複製完畢\n");
break;
}
// 要寫入的 cnt 個位元組不一定能一次寫成功
// 可以加入程式碼實現必須寫完 cnt 個位元組才進行下一輪複製
/*if (-1 == write(destfd, buf, cnt))
{
perror("寫檔案失敗");
break;
}*/
char *p = buf;
int num ;
while(1)
{
num = write(destfd, p , cnt);
if(-1 == num)
{
perror("寫檔案失敗");
break;
}
else if(num < cnt)
{
cnt = cnt - num;
p = p + num;
}
else
{
break;
}
}
}
5.0 檔案讀寫效率
緩衝區越大，效率越高。
6.0 lseek
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
移動 fd 檔案的位置指標到基於 whence 偏移 offset 個位元組
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
whence 取值：
SEEK_SET 檔案頭
SEEK_CUR 當前位置
SEEK_END 檔案尾7.0 link硬連結
#include <unistd.h>
為已存在的 oldpath 檔案建立硬連結 newpath
如果 newpath 已存在，則不會被覆蓋
成功返回 0，失敗返回 -1
int link(const char *oldpath, const char *newpath);8.0 symlink符號連結
#include <unistd.h>
為已存在的檔案/目錄 target 建立符號連結 linkpath
符號連結可以指向已存在的檔案，也可以指向不存在的檔案
如果 linkpath 已存在則不會被覆蓋
成功返回 0，失敗返回 -1
int symlink(const char *target, const char *linkpath);9.0 unlink刪除檔案
#include <unistd.h>
刪除 pathname 檔案，並減少其硬連結數目，不能刪除目錄
如果是最後一個硬連結，則會從檔案系統刪除此檔案
此時如果有任何程序要開啟此檔案，則直到程序關閉了開啟的檔案
才會真正刪除它
如果刪除的是符號連結檔案，則刪除符號連結檔案本身
如果刪除套接字、FIFO 或裝置，則名字會被刪除，但擁有它的程序
可以繼續使用它
成功返回 0，失敗返回 -1
int unlink(const char *pathname);10 remove刪除檔案或目錄
#include <stdio.h>
刪除 pathname 檔案或目錄
它呼叫 unlink 刪除檔案，呼叫 rmdir 刪除目錄
刪除目錄時，目錄必須為空
成功返回 0，失敗返回 -1
int remove(const char *pathname);
11 mkdir建立目錄
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
建立 pathname 目錄，設定模式為 mode
模式=(mode & ~umask & 0777)
成功返回 0，失敗返回 -1
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
int main(int argc, char **argv)
{
char *pathname;
if (2 != argc)
{
printf("用法：%s <目錄名>\n", argv[0]);
return -1;
}
pathname = argv[1];
// 建立目錄
if (-1 == mkdir(pathname, 0755))
{
perror("建立目錄失敗");
return -1;
}
return 0;
}12 rmdir刪除目錄
#include <unistd.h>
刪除 pathname 目錄，目錄必須為空
成功返回 0，失敗返回 -1
int rmdir(const char *pathname);13 chdir切換目錄
#include <unistd.h>
切換工作目錄到 path
成功返回 0，失敗返回 -1
int chdir(const char *path);
int fchdir(int fd);
獲取當前工作目錄的絕對路徑，儲存到大小為 szie 的 buf 中
glibc 庫的 getcwd 在 buf 為 NULL 時，會使用 malloc 動態
分配記憶體用於存放路徑，此時呼叫者必須使用 free 來釋放記憶體
char *getcwd(char *buf, size_t size);
獲取工作目錄的絕對路徑，它不會動態分配記憶體來存放路徑，
使用者必須提供不小於 PATH_MAX 大小的記憶體用於存放路徑
char *getwd(char *buf);
獲取工作目錄的絕對路徑，使用 malloc 分配記憶體來存放路徑，
呼叫者必須使用 free 來釋放分配的記憶體
char *get_current_dir_name(void);
以上函式，成功返回指向路徑的字串指標，失敗返回 NULL
注意：
程序用 chdir 函式切換目錄，只在當前程序下有效，當
退出程序回到父 shell，不會影響父 shell 的工作目錄
int main(int argc, char **argv)
{
char *path, pathbuf[256] = "";
if (2 != argc)
{
printf("用法：%s <目錄>\n", argv[0]);
return -1;
}
path = argv[1];
// 切換目錄
if (-1 == chdir(path))
{
perror("切換目錄失敗");
return -1;
}
// 獲取當前工作目錄
if (NULL == getcwd(pathbuf, sizeof pathbuf))
{
perror("獲取當前工作目錄失敗");
return -1;
}
printf("已切換到目錄：%s\n", pathbuf);
return 0;
}14 掃描目錄
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
開啟目錄 name 或 fd
成功返回目錄流指標，指標指向目錄流的第一個入口；
失敗返回 NULL
DIR *opendir(const char *name);
DIR *fdopendir(int fd);
#include <dirent.h>
讀目錄 dirp
成功返回目錄流的下一個入口（即目錄項）；
失敗或到達目錄流尾返回 NULL。到達流尾時不會修改 errno 的值
注意，返回值有可能被後續的呼叫所覆蓋，因此此函式是“不可重入的”
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
以下是“可重入”版本
int readdir_r(DIR *dirp, struct dirent *entry, struct dirent **result);
目錄流入口結構體
struct dirent {
ino_t d_ino; /* inode number */
off_t d_off; /* not an offset; see NOTES */
unsigned short d_reclen; /* length of this record */
unsigned char d_type; /* type of file; not supported
by all filesystem types */
char d_name[256]; /* filename */
};
struct dirent
{
long d_ino; /* inode number 索引節點號 */
off_t d_off; /* offset to this dirent 在目錄檔案中的偏移 */
unsigned short d_reclen; /* length of this d_name 檔名長 */
unsigned char d_type; /* the type of d_name 檔案型別 */
char d_name [NAME_MAX+1]; /* file name (null-terminated) 檔名，最長255字元 */
}
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
關閉目錄流 dirp
成功返回 0，失敗返回 -1
int closedir(DIR *dirp);15 檔案狀態
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
獲取檔案 pathname/fd 的狀態，儲存到 buf 中
如果 pathname 是連結檔案，則返回的是它所指向的檔案的狀態
int stat(const char *pathname, struct stat *buf);
int fstat(int fd, struct stat *buf);
以下函式類似於 stat 函式，但當 pathname 是一個連結檔案時，
返回的是連結檔案本身的狀態，而不是它所指向的檔案的狀態
int lstat(const char *pathname, struct stat *buf);
以上函式成功返回 0，失敗返回 -1
狀態結構體：
struct stat {
dev_t st_dev; /* ID of device containing file */
ino_t st_ino; /* inode number */
mode_t st_mode; /* protection */
nlink_t st_nlink; /* number of hard links */
uid_t st_uid; /* user ID of owner */
gid_t st_gid; /* group ID of owner */
dev_t st_rdev; /* device ID (if special file) */
off_t st_size; /* total size, in bytes */
blksize_t st_blksize; /* blocksize for filesystem I/O */
blkcnt_t st_blocks; /* number of 512B blocks allocated */
/* Since Linux 2.6, the kernel supports nanosecond
precision for the following timestamp fields.
For the details before Linux 2.6, see NOTES. */
struct timespec st_atim; /* time of last access */
struct timespec st_mtim; /* time of last modification */
struct timespec st_ctim; /* time of last state.s change */
#define st_atime st_atim.tv_sec /* Backward compatibility */
#define st_mtime st_mtim.tv_sec
#define st_ctime st_ctim.tv_sec
};
測試 st_mode 的巨集：
S_ISREG(m) is it a regular file?
S_ISDIR(m) directory?
S_ISCHR(m) character device?
S_ISBLK(m) block device?
S_ISFIFO(m) FIFO (named pipe)?
S_ISLNK(m) symbolic link? (Not in POSIX.1-1996.)
S_ISSOCK(m) socket? (Not in POSIX.1-1996.)
測試檔案許可權的掩碼（與 st_mode 按位與來判斷）：
S_ISUID 04000 set-user-ID bit
S_ISGID 02000 set-group-ID bit (see below)
S_ISVTX 01000 sticky bit (see below)
S_IRWXU 00700 owner has read, write, and execute permission
S_IRUSR 00400 owner has read permission
S_IWUSR 00200 owner has write permission
S_IXUSR 00100 owner has execute permission
S_IRWXG 00070 group has read, write, and execute permission
S_IRGRP 00040 group has read permission
S_IWGRP 00020 group has write permission
S_IXGRP 00010 group has execute permission
S_IRWXO 00007 others (not in group) have read, write, and
execute permission
S_IROTH 00004 others have read permission
S_IWOTH 00002 others have write permission
S_IXOTH 00001 others have execute permission
16 chmod檔案許可權
/*
#include <sys/stat.h>
修改檔案 pathname/fd 的模式為 mode
成功返回 0，失敗返回 -1
int chmod(const char *pathname, mode_t mode);
int fchmod(int fd, mode_t mode);
*/
int main(int argc, char **argv)
{
char *pathname;
mode_t mode;
if (3 != argc)
{
printf("用法：%s <檔案> <模式>\n", argv[0]);
return -1;
}
pathname = argv[1];
sscanf(argv[2], "%o", &mode); //轉為八進位制
if (-1 == chmod(pathname, mode))
{
perror("修改模式失敗");
return -1;
}
return 0;
}
17_檔案屬性控制
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
對檔案 fd 進行 cmd 操作
根據 cmd 情況傳遞不同型別的引數 arg
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
返回值：
失敗返回 -1
成功除以下 cmd 之外，返回 0：
F_DUPFD The new descriptor.
F_GETFD Value of file descriptor flags.
F_GETFL Value of file status flags.
F_GETLEASE Type of lease held on file descriptor.
F_GETOWN Value of descriptor owner.
F_GETSIG Value of signal sent when read or write becomes possible, or
zero for traditional SIGIO behavior.
F_GETPIPE_SZ, F_SETPIPE_SZ The pipe capacity.
F_GET_SEALS A bit mask identifying the seals that have been
set for the inode referred to by fd.
記錄鎖的命令有：F_SETLK, F_SETLKW, F_GETLK
使用的資料型別為：
struct flock {
...
short l_type; /* Type of lock: F_RDLCK,
F_WRLCK, F_UNLCK */
short l_whence; /* How to interpret l_start:
SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */
off_t l_start; /* Starting offset for lock */
off_t l_len; /* Number of bytes to lock */
pid_t l_pid; /* PID of process blocking our lock
(set by F_GETLK and F_OFD_GETLK) */
...
};
可以鎖住檔案的一部分：基於 l_whence 偏移 l_start 位元組的 l_len 大小
鎖住整個檔案：l_whence = SEEK_SET, l_start = 0, l_len = 0
寫鎖：一個程序先加寫鎖成功，則其它程序無論讀還是寫鎖都不能加
讀鎖：一個程序先加讀鎖成功，其它程序加可以讀鎖，但不能加寫鎖
int main(int argc, char **argv)
{
char *pathname;
int fd, i;
struct flock lock;
char *str;
if (3 != argc)
{
printf("用法：%s <檔案> <字串>\n", argv[0]);
return -1;
}
pathname = argv[1];
str = argv[2];
fd = open(pathname, O_RDWR, 0644);
if (-1 == fd)
{
perror("開啟檔案失敗");
return -1;
}
// 獲取檔案記錄鎖
if (-1 == fcntl(fd, F_GETLK, &lock))
{
perror("獲取記錄鎖失敗");
goto _out;
}
printf("pid = %d\n", lock.l_pid);
// 加記錄鎖才寫入
lock.l_type = F_WRLCK;
lock.l_whence = SEEK_SET;
lock.l_start = 0;
lock.l_len = 0;
while (-1 == fcntl(fd, F_SETLK, &lock))
{
perror("加記錄鎖失敗");
}
// 向檔案寫入資料
for (i = 0; i < strlen(str); i++)
{
write(fd, str + i, 1);
write(STDERR_FILENO, str + i, 1);
usleep(200000);
}
putchar('\n');
// 解記錄鎖
lock.l_type = F_UNLCK;
if (-1 == fcntl(fd, F_SETLK, &lock))
{
perror("解記錄鎖失敗");
goto _out;
}
_out:
// 關閉檔案
close(fd);
return 0;
}