Linux文件IO编程.ppt

1、Linux文件I/O编程,Linux编程基础:man,1.一般命令（shell命令） 2.系统调用（open write等直接陷入内核的函数） 3.子函数（C函数库等不直接陷入内核的函数） 4.特殊文件（/dev/zero等linux系统中有特殊用途的文件） 5.文件格式(linux系统的配置文件格式 host.conf) 6.游戏 7.宏和地方传统定义(本地配置) 8.维护命令(tcpdump等用来观察linux系统运行情况的命令),Linux编程基础,目录也是文件 进程被启动的目录成为工作目录 起始目录也称home目录 目录操作函数有 opendir readdir closedir 文件

2、描述符：当打开一个文件时，内核就会分配给你一个非负整数，通过这个整数便可读写文件。,Linux编程基础,标准输入 文件描述为0 STDIN_FILENO 标准输出 文件描述为1 STDOUT_FILENO 标准错误输出 文件描述符为2 STDERR_FILENO 不带缓冲的I/O,直接调用系统调用，速度快。（open read write） 带缓冲的I/O,在系统调用前采用一定的策略，速度慢，比不带缓冲的I/O安全。 (fopen fread fwrite),缓冲和非缓冲I/O,Linux出错处理,一般Linux函数出错时会返回一个负值。附加信息会放在errno中。 中定义了errno变量以及

3、附加信息的常量。 errno只有在函数出错时才有意义，并且不可能为0 可以通过strerror和perror打印出当前errno对应的文字描述信息。,Linux编程基础,signal是通知进程发生某种时间的技术。 每种信号都有系统默认处理方式，程序员也可以提供专门的函数处理程序感兴趣的信号。 系统调用：操作系统提供给应用使用的接口，通过这些接口应用程序可以访问内核的服务。,Linux时间,通过 time command可以跟踪该command的执行时间情况。 分为时钟时间、系统CPU时间、用户CPU时间。 time locate kk,real 0m0.113s 整个命令执行时间 user 0

4、m0.092s 用户空间执行时间 sys 0m0.012s 内核执行时间,文件时间戳,文件最后访问时间 ls -lu 文件修改时间 ls -l inode修改时间 ls -lc,文件I/O：open,open函数:调用它可以打开或者创建一个文件。 #include int open(const char *pathname, int flags) int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode) 如果失败，返回值为-1 参数解析： pathname是要打开或者创建的文件名。 flags 文件打开时候的选项 O_RDONLY 以只读方式

5、打开文件。 O_WRONLY 以只写方式打开文件。 O_RDWR 以读、写方式打开文件。 这三个选项是必选的！,文件I/O：open,flags 可选选项： O_APPEND 以追加方式打开文件，每次写时都写在文件末尾。 O_CREAT 如果文件不存在，则创建一个，存在则打开它。 O_EXCL 与O_CREAT一起使用时，如果文件已经存在则返回出错。 O_TRUNC 以只写或读写方式打开时，把文件截断为0 O_DSYNC 每次write时，等待数据写到磁盘上。 O_RSYNC 每次读时，等待相同部分先写到磁盘上。 O_SYNC 每次write时，等到数据写到磁盘上并接更新文件属性。 SYNC选

6、项都会影响降低性能，有时候也取决于文件系统的实现。,文件I/O：open,mode 只有创建文件时才使用此参数，指定文件的访问权限。模式有： S_IRWXUGO 可读 可写 可执行 S_IRUSR GRP OTH 可读 S_IWUSR GRP OTH 可写 S_IXUSR GRP OTH 可执行 S_ISUID 设置用户ID S_ISGID 设置组ID Uuser Ggroup Oothers,文件I/O：creat,creat 以只写方式创建一个文件，若文件已经存在，则把它截断为0 #include int creat(const char *pathname, mode_t mode) 参

7、数解析： pathname 要创建的文件名称 mode 跟open的第三个参数相同，可读，可写，可执行 。 如果失败 ，返回值为-1 creat函数等同于 open (pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode),文件I/O：close,close 关闭已经打开的文件，并释放文件描述符 #include int close(int filedes) 参数解析： filedes 文件描述符，有open或者creat返回的非负整数。 如果失败，返回值为-1 当一个进程结束时，操作系统会自动释放该进程打开的所有文件。但还是推荐用close来关闭文件。 l

8、sof命令可以查看进程打开了那些文件。,文件I/O：lseek,lseek 用来定位当前文件偏移量，既你对文件操作从文件的那一部分开始。 #include off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence); 如果失败，返回值为-1，成功返回移动后的文件偏移量。 参数解析： filedes 文件描述符 offset 必须与whence一同解析 whence为 SEEK_SET, 则offset从文件的开头算起。 whence为 SEEK_CUR, 则offset从当前位置算起，既新偏移量为当前偏移量加上offset whence为 SEEK_E

9、ND， 则offset从文件末尾算起。 可以通过lseek、write来快速创建一个大文件。,文件I/O：read,read 从当前文件偏移量处读入指定大小的文件内容 #include ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes) 失败返回-1, 成功返回读入的字节数，到文件末尾返回0 参数解析 filedes 文件描述符 ，有open返回。 buf 读入文件内容存放的内存首地址。 nbytes 要读取的字节数。 实际读入的字节数可能会小于要求读入的字节数。比如文件只有所剩的字节数小于你要读入的字节数，读取fifo文件和网络套接字时都可

10、能出现这种情况。,文件I/O：write,write向一个文件写入一定字节的内容。 #include ssize_t write(int filedes, const void * buff, size_t nbytes) 失败返回-1，成功返回实际写入的字节数。当磁盘满或者文件到达上限时可能写入失败。 一般从当前文件偏移量出写入，但如果打开时使用了O_APPEND，那么无论当前文件偏移量在哪里,都会移动到文件末尾写入。,Linux I/O实现,内核使用了三种数据结构，来实现I/O 1. 每个进程在进程表中都有一个记录项，每个记录项中有一张打开文件描述符表，可将其视为一个矢量，每个描述符占用一

11、项。与每个文件描述符相关联的是： (a) 文件描述符标志。 (b) 指向一个文件表项的指针。 2. 内核为所有打开文件维持一张文件表。每个文件表项包含： (a) 文件状态标志(读、写、增写、同步等)。 (b) 当前文件位移量。 (c) 指向该文件v节点表项的指针。 3. 每个打开文件（或设备）都有一个v节点结构。v节点包含了文件类型和对此文件进行各种操作的函数的指针信息。对于大多数文件， v节点还包含了该文件的i节点（索引节点）。例如， i节点包含了文件的所有者、文件长度、文件所在的设备、指向文件在盘上所使用的实际数据块的指针等等,Linux I/O实现,内核数据结构,Linux I/O实现,

12、文件共享 两个文件各自打开同一个文件，它们拥有各自的文件表项，但共享v节点表。,Linux I/O原子操作,A B两个进程以O_APPEND方式打开同一个文件。 A 进程去写该文件，假设此时文件偏移量为1000 B进程同时去写该文件，此时由于A进程未写完，则B进程得到的文件偏移量仍为1000. 最后B进程的内容可能会覆盖掉A进程写的内容。,Linux I/O原子操作,pread , pwrite原子读写操作。相当于先把文件偏移量定位到offset，然后在进行读写。这都是一步完成，不存在竞争问题。 #include ssize_t pread(int filedes, void *buf, si

13、ze_t nbytes, off_t offset) ssize_t pwrite(int filedes, const void *buf, size_t nbytes, off_t offset) 返回值跟read和write一样 offset为文件偏移量。,Linux I/O：dup,dup/dup2用来复制一个已经存在的文件描述符 #include int dup(int filedes) ; int dup2(int filedes, int filedes2) ; 失败返回-1，成功返回新文件描述符。filedes2是新文件描述符，如果已经打开则先关闭它。 ssize_t prea

14、d(int filedes, void *buf, size_t nbytes, off_t offset); 共享文件表项。,Linux I/O：sync,#include int fsync(int filedes) 把指定文件的数据和属性写入到磁盘。 int fdatasync(int filedes) 把指定文件的数据部分写到磁盘。 void sync(void) 把修改部分排入磁盘写队列，但并不意味着已经写入磁盘。,Linux I/O：fcntl,fcntl 可以改变已经打开的描述符。 #include #include int fcntl(int fd, int cmd) int

15、fcntl(int fd, int cmd, long arg) 参数解析： 第一个为已经打开的文件描述符 第二个为要对文件描述采取的动作 F_DUPFD 复制一个文件描述，返回值为新描述符。 F_GETFD/F_SETFD 目前只有FD_CLOEXEC一个，set时候会用到第三个参数。 F_GETFL / F_SETFL 得到或者设置目前的文件描述符属性，返回值为当前属性。设置时使用第三个参数。,文件目录操作：stat,s t a t函数返回一个与此命名文件有关的信息结构， f s t a t函数获得已在描述符 filedes上打开的文件的有关信息。l s t a t函数类似于s t a t

16、，但是当命名的文件是一个符号连接时，l s t a t返回该符号连接的有关信息，而不是由该符号连接引用的文件的信息。 #include #include int stat(const char *pathname, struct stat *bu f) ; int fstat(int filedes,struct stat *bu f) ; int lstat(const char *pathname, struct stat *buf) ; 三个函数的返回：若成功则为0，若出错则为-1,stat数据结构,struct stat mode_t st_mode; /* 文件类型和权限 */ in

17、o_t st_ino; /* inode 号*/ nlink_t st_nlink; /* 链接数目 */ uid_t st_uid; /* 文件所有者的uid*/ gid_t st_gid; /* 文件所有者的组id */ off_t st_size; /* 文件大小 */ time_t st_atime; /* 最后访问时间 */ time_t st_mtime; /* 最后修改时间 */ time_t st_ctime; /* 最后文件状态修改时间*/ blksize_t st_blksize; /* 最佳读写I/O块大小 */ blkcnt_t st_blocks; /* 一共有多少个

18、块*/ ;,文件类型宏定义,S_ISREG()普通文件 S_ISDIR()目录文件 S_ISCHR()字符文件 S_ISBLK()块文件 S_ISFIFO()管道或者FIFO S_ISLNK()符号链接 S_ISSOCK() 套接字socket 以上宏定义在中,设置用户ID和设置组ID,与一个进程关联的ID至少有6个，通过这6个ID构成了Linux的安全访问系统。,设置用户ID和设置组ID,一个可执行文件没有设置用户ID和设置组ID，那么 实际用户/组ID=有效用户/组ID=保存用户/组ID=执行该程序的用户ID 一个文件设置了用户ID和组ID，那么实际用户/组ID=执行改程序的用户ID， 有

19、效用户/组ID=保存用户/组ID=改程序所属用户的ID，,文件目录操作：access,a c c e s s 按实际用户I D和实际组I D进行文件权限的测试。 # i n c l u d e int access(const char *pathname, int mode) ; 返回：若成功则为0，若出错则为-1 参数解析： mode值可以是以下几种： R_OK 测试读许可权 W_OK 测试写许可权 X_OK 测试执行许可权 F_OK 测试文件是否存在,文件操作函数： truncate,truncate 把某个文件截短到一定长度，跟open 中的O_TRUNC类似。 int truncat

20、e(const char *pathname, off_t length); int ftruncate(int filedes, off_t length); 成功返回0 ，失败返回-1,文件操作函数,link函数用来创建一个硬链接文件 int link(const char *existingpath, const char *newpath); symlink用来创建一个软链接文件 int symlink(const char *actualpath, const char *sympath); unlink删除软链接时只删除链接文件本身，被连接的文件不受影响。删除硬链接时，如果inod

21、e引用数为0，则删除文件。如果有进程还在使用该文件，则可以继续使用。 int unlink(const char *pathname); readlink只读取软连接本身 ssize_t readlink(const char* restrict pathname, char *restrict buf, size_t bufsize);,函数的符号链接问题,文件操作函数：utime,utime读取文件的最后访问时间和修改实际那 #include int utime(const char *pathname, const struct utimbuf *times); struct utimb

22、uf time_t actime; /* 最后访问时间 */ time_t modtime; /* 最后修改时间 */ Inode属性的修改时间有内核来完成，应用程序没有权限去设置。,目录操作函数,opendir用来打开一个目录 的内容，并返回目录指证。 #include DIR *opendir(const char *pathname); 成功返回DIR指针，失败返回NULL readdir 以一定次序读取目录内容， struct dirent *readdir(DIR *dp); struct dirent ino_t d_ino; /* i-node 号 */ char d_nameNAME_MAX + 1; /*文件或目录名*/ ,目录操