系統檔案I/O

linux下所有裝置都是以檔案存在的，,可以說是一切皆檔案，所以當我們需要用到這些裝置的時候，首先就需要開啟它們，下面我們來詳細瞭解一下檔案I/O操作。
用到的檔案I/O有以下幾個操作：開啟檔案、讀檔案、寫檔案、關閉檔案等，對應用到的函式有：open、read、write、close、lseek（檔案指標偏移）

1. 開啟檔案

int open(const char *pathname, int flags);
int open（const char *pathname,int flags,mode_t mode）;

 引數：
 a、pathname：開啟或者建立的檔名字,如"text"
 

 b、 flags：
     O_RDONLY:只讀開啟
     O_WRONLY：只寫開啟
     O_RDWR：讀、寫開啟
     O_CREAT：若此檔案不存在則建立它，使用O_CREAT時後面要跟檔案的訪問許可權位，如O_CREAT,0777
     O_APPEND:每次寫時都追加到檔案的尾端
     O_EXCL ：如果同時指定了O_CREAT，而檔案已經存在，則出錯，用此可以測試一個檔案是否存在，如果不存在，則建立此檔案，這使測試和建立兩者成為一個原子操作
     O_DSYNC：使每次write等待物理I/O操作完成，但是如果該寫操作並不影響讀取剛寫入的資料，則不需等待檔案屬性被更新
     O_NONBLOCK ：如果path引用的是一個FIFO、一個塊特殊檔案或一個字元特殊檔案，則此選項為檔案的本次開啟操作和後續的I/O操作設定非阻塞方式
     O_NOCTTY：如果path引用的是  終端裝置，則將該裝置分配為此程序的控制終端
     O_SYNC:使每次write
 
要等待物理I/O操作完成，包括有該write引起的檔案屬性更新所需的I/O
     O_TRUNC：如果檔案存在，並且是常規檔案而且以讀寫或者只寫開啟，則將其長度截斷為0，如果檔案是FIFO或終端裝置檔案，O_TRUNC標誌被忽略，否則O_TRUNC不明確
     O_DIRECTORY：如果pathname引用的不是目錄，則出錯

返回值：
     成功：檔案描述符
     失敗：-1     

1. 讀檔案

函式原型   ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
  引數：
     a、fd：呼叫open後返回的檔案描述符
     b、buf：用來存放從檔案中讀到的資料的緩衝區
     c、count
 
：讀取的位元組數

  返回值：
     成功：讀到的位元組數，如果讀到檔案尾端，則返回0
     失敗：-1

1. 寫檔案

函式原型   ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
     引數:
     a、fd：呼叫open後返回的檔案描述符
     b、buf：從來存放資料的緩衝區
     c、count：寫入資料的位元組數

返回值：
     成功：返回已寫的位元組數
     失敗：-1

1. 關閉檔案

函式原型  int close(int fd);
     引數：
     a、fd：呼叫open後返回的檔案描述符

1. 檔案偏移

函式原型   off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
      引數：
      a、fd：呼叫open後返回的檔案描述符
      b、offset  和引數whence有關，通常設定為0 （according  to thedirective whence as follows）
      c、whence：
         SEEK_SET: 將檔案的偏移量設定為距檔案開始處offset個位元組
         SEEK_CUR：將檔案的偏移量設定為其當前值加offset個位元組，offset可為正或負
         SEEK_END: 將檔案的偏移量設定為檔案長度加offset，offset可為正或負

返回值：
     成功：返回新的檔案偏移量
     失敗：-1

檔案描述符 fd

對於核心而言，所有開啟的檔案都通過檔案按描述符引用。檔案描述符是一個非負整數。當開啟一個現有檔案或者建立一個新檔案時，核心向程序返回一個檔案描述符。當讀、寫一個檔案時，使用open/creat返回的檔案描述符標識該檔案，將其作為引數傳送給read或write。

linux系統下檔案描述符0是標準輸入，1是標準輸出，2是標準出錯，所以一般開啟檔案的時候檔案描述符都是從3開始。 這裡read和write是不能格式化讀取和寫入。
當開啟檔案時，作業系統在記憶體中要建立相應的資料結構來描述目標檔案。於是就有了file結構體。表示一個已經開啟的檔案物件。而程序執行open系統呼叫，所以讓程序與檔案關聯起來。每個程序都有一個指標*files,指向一張表fiiles_struct，該表包含一個指標陣列，每個元素都是一個指向開啟檔案的指標。所以，本質上，檔案描述符就是該陣列的下標。

檔案描述符的分配規則：

在file_struct 陣列中，找到當前沒有被使用的最小的一個下標，作為新的檔案描述符。

重定向

1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<sys/stat.h>
  4 #include<string.h>
  5 #include<sys/types.h>
  6 #include<fcntl.h>
  7 int main()
  8 {
  9         close(1);
 10         int fd=open("myfile",O_WRONLY|O_CREAT,0644);
 11         if(fd<0)
 12         {
 13                 perror("open");
 14                 return 1;
 15         }
 16         printf("fd: %d\n",fd);
 17         fflush(stdout);
 18         close(fd);
 19         exit(0);
 20 }

執行程式後，發現本來輸出到顯示器上的內容，輸出到了檔案myfile中，這就叫輸出重定向。
常見的重定向有：>,>>,<.
重定向的本質如圖：

printf一般往stdout中輸出，但是stdout底層訪問檔案時，找的還是fd:1，但此時，fd:1下標所表示的內容已經變成了myfile的地址，不再是顯示器檔案的地址，所以，輸出的任何訊息都會往檔案中寫入，進而實現輸出重定向。
函式dup和dup2
這兩個函式都可用來複制一個現存的檔案描述符，返回的新檔案描述符與引數fieldes共享同一個檔案表項.

      #include <unistd.h>

       int dup(int oldfd);
       int dup2(int oldfd, int newfd);

由dup返回的新檔案描述符一定是當前可用檔案描述符中的最小數值。用dup2則可以用fnewfd引數指定新描述符的數值。如果newfd已經開啟，則先將其關閉。如若oldfd等於newfd,則dup2返回newfd,而不關閉它。

檔案系統

我們用ls -l可以檢視檔案資訊：

這些資訊都有：模式，硬連結數，檔案所有者，組，大小，最後修改時間，檔名。
相應的，我們用stat命令也可以檢視資訊：

因此在檔案系統中它們相對應的如圖：

建立一個新檔案有以下步驟：

• 儲存屬性
  核心先找到一個空閒的i節點（664231），核心把檔案資訊記錄在其中。
• 儲存資料
  核心找到三個空閒塊：例如：300，500，800。將核心緩衝區的第一塊資料複製到300，下一塊複製到500，以此類推。
• 記錄分配情況
  檔案內容按順序存放。核心在inode上的磁碟分佈區記錄了上述塊列表。
• 新增檔名到目錄
  新的檔名abc，核心將入口（例664231，abc）新增到目錄檔案。檔名和inode之間的對應關係將檔名和檔案內容及屬性連線起來。

由以上可知：真正找到磁碟上檔案的並不是檔名，而是inode。

硬連結

硬連線指通過索引節點來進行連線。在Linux的檔案系統中，儲存在磁碟分割槽中的檔案不管是什麼型別都給它分配一個編號，稱為索引節點號(Inode Index)。在Linux中，多個檔名指向同一索引節點是存在的。一般這種連線就是硬連線。硬連線的作用是允許一個檔案擁有多個有效路徑名，這樣使用者就可以建立硬連線到重要檔案，以防止“誤刪”的功能。其原因如上所述，因為對應該目錄的索引節點有一個以上的連線。只刪除一個連線並不影響索引節點本身和其它的連線，只有當最後一個連線被刪除後，檔案的資料塊及目錄的連線才會被釋放。也就是說，檔案真正刪除的條件是與之相關的所有硬連線檔案均被刪除。

由於硬連結是有著相同 inode 號僅檔名不同的檔案，因此硬連結存在以下幾點特性：

• 檔案有相同的 inode 及 data block；
• 只能對已存在的檔案進行建立；
• 不能交叉檔案系統進行硬連結的建立；
• 不能對目錄進行建立，只可對檔案建立；
• 刪除一個硬連結檔案並不影響其他有相同 inode 號的檔案。

軟連結

另外一種連線稱之為符號連線（Symbolic Link），也叫軟連線。軟連結檔案有類似於Windows的快捷方式。它實際上是一個特殊的檔案。在符號連線中，檔案實際上是一個文字檔案，其中包含的有另一檔案的位置資訊。

軟連結與硬連結不同，若檔案使用者資料塊中存放的內容是另一檔案的路徑名的指向，則該檔案就是軟連線。軟連結就是一個普通檔案，只是資料塊內容有點特殊。軟連結有著自己的 inode 號以及使用者資料塊。因此軟連結的建立與使用沒有類似硬連結的諸多限制：

• 軟連結有自己的檔案屬性及許可權等；
• 可對不存在的檔案或目錄建立軟連結；
• 軟連結可交叉檔案系統；
• 軟連結可對檔案或目錄建立；
• 建立軟連結時，連結計數 i_nlink 不會增加；
• 刪除軟連結並不影響被指向的檔案，但若被指向的原檔案被刪除，則相關軟連線被稱為死連結（即 dangling link，若被指向路徑檔案被重新建立，死連結可恢復為正常的軟連結）。

我們用ln 建立一個硬連結檔案；用 ln -s建立一個軟連線檔案：

從上面的結果中可以看出，硬連線檔案b.txt與原檔案a.txt的inode節點相同，然而符號連線檔案的inode節點不同。

當刪除原始檔案a.txt後，硬連線b.txt不受影響，但是符號連線a.s檔案無效.

動態庫和靜態庫

1. 靜態函式庫

   這類庫的名字一般是libxxx.a；利用靜態函式庫編譯成的檔案比較大，因為整個 函式庫的所有資料都會被整合進目的碼中，他的優點就顯而易見了，即編譯後的執行程式不需要外部的函式庫支援，因為所有使用的函式都已經被編譯進去了。當然這也會成為他的缺點，因為如果靜態函式庫改變了，那麼你的程式必須重新編譯。

生成靜態庫：

add.h
  1 #ifndef __ADD_H_
  2 #define __ADD_H_
  3 int add(int a,int b);
  4 
  5 #endif // _ADD_H_

add.c
  1 #include"add.h"
  2 
  3 int add(int a,int b)
  4 {
  5 return a+b;
  6 }
sub.h
  1 #ifndef __SUB_H_
  2 #define __SUB_H_
  3 int sub(int a,int b);
  4 
  5 #endif // _SUB_H_

sub.c   
  1 #include"sub.h"
  2 
  3 int sub(int a,int b)
  4 {
  5 return a-b;
  6 }

 main.c
  1 #include<stdio.h>
  2 #include"add.h"
  3 #include"sub.h"
  4 
  5 int main()
  6 {
  7         int a=10;
  8         int b=20;
  9         printf("add(10,20)=%d\n",a,b,add(a,b));
 10         a=100;
 11         b=20;
 12         printf("sub(10,20)=%d\n",a,b,sub(a,b));
 13 
 14 }

1. 動態函式庫

   這類庫的名字一般是libxxx.so;相對於靜態函式庫，動態函式庫在編譯的時候 並沒有被編譯進目的碼中，你的程式執行到相關函式時才呼叫該函式庫裡的相應函式，因此動態函式庫所產生的可執行檔案比較小。由於函式庫沒有被整合進你的程式，而是程式執行時動態的申請並呼叫，所以程式的執行環境中必須提供相應的庫。動態函式庫的改變並不影響你的程式，所以動態函式庫的升級比較方便。

生成動態庫:
其中執行動態庫有三種方法;
方法一：（如圖黃框）更改LD_LIBRARY_PATH。

方法二：拷貝.so檔案到系統共享庫路徑下：/usr/lib。

方法三：ldconfig 配置 /etc/ld.so.conf.d/ ，ldconfig更新。