linux文件IO操作.docx
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linux文件IO操作.docx
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linux文件IO操作
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ANSIC的组成部分,但是是POSIX的组成部分。
open函数语法要点
|-- #include //提供类型pid_t的定义
所需头文件----|-- #include
|-- #include
函数原型 intopen(constchar*pathname,flags,intperms)
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 #include
函数原型 ssize_tread(intfd,void*buf,size_tcount)
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 #include
函数原型 ssize_twrite(intfd,void*buf,size_tcount)
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 #include
#include
函数原型 off_tlseek(intfd,off_toffset,intwhence)
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*/
#includeunistd.h>
#includesys/types.h>
#includesys/stat.h>
#includefcntl.h>
#includestdlib.h>
#includestdio.h>
intmain(void)
{
intfd;//文件描述符
inti,size,len;
char*buf="Writingtothisfile!
";
charbuf_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("Openfile:
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("readformfile:
%s\n",buf_r);
if(close(fd) 0){
perror("close:
");
exit
(1);
}
else
printf("Closehello.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
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。
#include
#include
#include
intfcntl(intfiledes,intcmd,...);
返回:
若成功则依赖于cmd(见下),若出错为-1。
fcntl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(cmd=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.(cmd=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。
(cmd=F_GETFL或F_SETFL)。
n 获得/设置异步I/O有权(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN)。
n 获得/设置记录锁(cmd=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*/
#includeunistd.h>
#includesys/file.h>
#includesys/types.h>
#includesys/stat.h>
#includestdio.h>
#includestdlib.h>
/*lock_set函数*/
voidlock_set(intfd,inttype)
{
structflocklock;
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("readlocksetby%d\n",getpid());
elseif(lock.l_type==F_WRLCK)
printf("writelocksetby%d\n",getpid());
elseif(lock.l_type==F_UNLCK)
printf("releaselockby%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("readlockalreadysetby%d\n",lock.l_pid);
/*该文件已有读取锁*/
elseif(lock.l_type==F_WRLCK)
printf("writelockalreadysetby%d\n",lock.l_pid);
getchar();
}
}
}
intmain(void)
{
intfd;
/*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select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。
#include/*fd_setdatatype*/
#include /*structtimeval*/
#include /*functionprototype mightbehere*/
intselect(intnumfds,fd_set*readfds,
fd_set*writefds,fd_set*exceptfds, structtimeval*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:
structtimeval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。
structtimeval
{
longtv_sec;/*seconds*/
longtv_usec;/*andmicroseconds*/
};
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(intfd,fd_set*set)将一个文件描述符加入文件描述符集中;
FD_CLR(intfd,fd_set*set)将一个文件描述符从文件描述符集中清除;
FD_ISSET(intfd,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*/
#includefcntl.h>
#includestdio.h>
#includeunistd.h>
#includestdlib.h>
#includesys/time.h>
intmain(void)
{
intfds[2];
charbuf[7];
inti,rc,maxfd;
fd_setinset1,inset2;
structtimevaltv;
if((fds[0]=open("hello1",O_RDWR|O_CREAT,0666))0)
perror("openhello1");
if((fds[1]=open("hello2",O_RDWR|O_CREAT,0666))0)
perror("openhello2");
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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