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一. 零碎调用
1.1 零碎调用概述
零碎调用，操作系统提供给用户程序调用的一组 API 接口，是应用程序同零碎之间数据交互的桥梁。
Linux 的运行空间分为内核空间与用户空间，它们各自运行在不同的级别中，逻辑上互相隔离。
用户过程在通常状况下不容许拜访内核数据，也无奈应用内核函数，它们只能在用户空间操作用户数据，调用用户空间函数。
但存在很多状况，用户过程须要取得零碎服务，那就要利用零碎调用了。
1.2 用户态和内核态
CPU 能够在不同的特权级别下运行，相应的操作系统也有不同的运行级别，那就是用户态和内核态。
内核态下的运行过程能够毫无限度的拜访各种资源，而在用户态下的用户过程的各种操作则都有着限度，例如用户态下的用户过程不能随便拜访内存。
属于内核的零碎调用肯定是运行在内核态下，他是操作系统内核的一部分的，以软件中断的形式从用户态切换到内核态。
1.3 零碎调用和库函数
Linux 下对文件操作有两种形式：零碎调用（system call）和库函数调用（Library functions）。
库函数调用（Library functions）则分为须要零碎调用和不须要零碎调用两种。
零碎调用是须要耗费工夫的，程序中频繁的应用零碎调用会升高程序的运行效率，所以库函数拜访文件的时候依据须要，会设置不同类型的缓冲区，从而缩小了间接调用 IO 零碎调用的次数，进步了拜访效率。
1.4 虚拟地址空间
每个过程都会调配虚拟地址空间，在 32 位机器上，该地址空间为 4G。
二. 文件
2.1 概述
Linux 中，所有皆文件。文件为操作系统服务和设施提供了一个简略而统一的接口。这意味着程序齐全能够像应用文件那样应用磁盘文件、串行口、打印机和其余设施。
文件通常由两局部组成：内容 + 属性, 即治理信息，包含文件的创立批改日期和拜访权限等。属性均保留在 inode 节点中。
inode – “ 索引节点 ”, 贮存文件的元信息，比方文件的创建者、文件的创立日期、文件的长度和文件在磁盘上寄存的地位等等。每个 inode 都有一个号码，操作系统用 inode 号码来辨认不同的文件。
目录是用于保留其余文件的节点号和名字的文件，每个数据项为指向文件节点的链接。
2.2 文件描述符
咱们能够零碎调用中 I/O 的函数（I：input，输出；O：output，输入），对文件进行相应的操作（open()、close()、write()、read() 等）。
关上现存文件或新建文件时，零碎（内核）会返回一个文件描述符，文件描述符用来指定已关上的文件。这个文件描述符相当于这个已关上文件的标号，文件描述符是非负整数，是文件的标识，操作这个文件描述符相当于操作这个描述符所指定的文件。
程序运行起来后（每个过程）都有一张文件描述符的表，规范输出、规范输入、规范谬误输出设备文件被关上，对应的文件描述符 0、1、2 记录在表中。程序运行起来后这三个文件描述符是默认关上的。
1）0: 规范输出 STDIN_FILENO
2）1: 规范输入 STDOUT_FILENO
3）2: 规范谬误 STDERR_FILENO三. 罕用文件 IO 操作
3.1 open、close 函数
open 函数：创立一个新的文件描述符（文件或设施）。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
性能：关上文件，如果文件不存在则能够抉择创立。参数：pathname：文件的门路及文件名
flags：关上文件的行为标记，必选项 O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR
mode：这个参数，只有在文件不存在时无效，指新建文件时指定文件的权限
返回值：胜利：胜利返回关上的文件描述符
失败：-1flags 必选项：
| 取值 | 阐明 |
|---|---|
| O_RDONLY | 以只读的形式关上 |
| O_WRONLY | 以只写的形式关上 |
| O_RDWR | 以可读、可写的形式关上 |
可选项，须要和必选项联合应用
| 取值 | 阐明 | |
|---|---|---|
| O_CREAT | 文件不存在则创立文件，应用此选项时需应用 mode 阐明文件的权限 | |
| O_EXCL | 如果同时指定了 O_CREAT，且文件曾经存在，则出错 | |
| O_TRUNC | 如果文件存在，则清空文件内容 | |
| O_APPEND | 写文件时，数据增加到文件开端 | |
| O_NONBLOCK | 对于设施文件, 以 O_NONBLOCK 形式关上能够做非阻塞 I /O |
close 函数
#include <unistd.h>
int close(int fd);
性能：敞开已关上的文件
参数：fd : 文件描述符，open()的返回值
返回值：胜利：0
失败：-1, 并设置 errno示例代码
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(){
// open 函数和 close 函数示例
int fd = open("helloworld.log",O_RDWR | O_CREAT,0644);
if(-1 == fd){perror("open error");
return -1;
}
printf("文件描述符【%d】\n",fd);
close(fd);
return 0;
}3.2 write
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
性能：把指定数目的数据写到文件（fd）参数：fd : 文件描述符
buf : 数据首地址
count : 写入数据的长度（字节）返回值：胜利：理论写入数据的字节个数
失败：- 1示例代码
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(){
// write 函数和 read 函数
int fd = open("new.log",O_RDWR | O_CREAT,0644);
if(-1 == fd){perror("open error");
return -1;
}
// 写入数据
char *str = "helloworld";
write(fd,str,strlen(str));
close(fd);
return 0;
}3.3 read
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
性能：把指定数目的数据读到内存（缓冲区）参数：fd : 文件描述符
buf : 内存首地址
count : 读取的字节个数
返回值：胜利：理论读取到的字节个数
失败：- 1示例代码
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(){
// read 函数
int fd = -1;
int ret = -1;
char buf[128];
fd = open("new.log",O_RDWR | O_CREAT,0644);
if(-1 == fd){perror("open error");
return -1;
}
memset(buf,0,128);
ret = read(fd,buf,128); // 最多读取 128 个字节保留到 buf 中
if(-1 == ret){perror("read error");
return -1;
}
printf("读取到内容[%s]\n",buf);
close(fd);
return 0;
}3.4 lseek 函数
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
性能：扭转文件的偏移量
参数：fd：文件描述符
offset：依据 whence 来挪动的位移数（偏移量），能够是负数，也能够正数，如果负数，则绝对于 whence 往右挪动，如果是正数，则绝对于 whence 往左挪动。如果向前挪动的字节数超过了文件结尾则出错返回，如果向后挪动的字节数超过了文件开端，再次写入时将增大文件尺寸。
whence：其取值如下：SEEK_SET：从文件结尾挪动 offset 个字节
SEEK_CUR：从以后地位挪动 offset 个字节
SEEK_END：从文件开端挪动 offset 个字节
返回值：若 lseek 胜利执行, 则返回新的偏移量
如果失败，返回 -1代码示例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(){
// read 函数
int fd = -1;
int ret = -1;
char buf[128];
fd = open("new.log",O_RDWR | O_CREAT,0644);
if(-1 == fd){perror("open error");
return -1;
}
memset(buf,0,128);
ret = read(fd,buf,128); // 最多读取 128 个字节保留到 buf 中
if(-1 == ret){perror("read error");
return -1;
}
printf("读取到内容[%s]\n",buf);
// 此时文件曾经到开端，挪动文件指针到结尾再次读取
lseek(fd,0,SEEK_SET);
memset(buf,0,128);
ret = read(fd,buf,128); // 最多读取 128 个字节保留到 buf 中
if(-1 == ret){perror("read error");
return -1;
}
printf("读取到内容[%s]\n",buf);
close(fd);
return 0;
}3.5 perror 和 error
errno 是一个全局变量, 当零碎调用后若出错会将 errno 进行设置,
罕用错误代码的取值和含意如下：l EPERM: 操作不容许
l ENOENT: 文件或目录不存在。l EINTR: 零碎调用被中断。l EAGAIN: 重试，下次有可能胜利！l EBADF: 文件描述符生效或自身有效
l EIO: I/ O 谬误。l EBUSY: 设施或资源忙。l EEXIST: 文件存在。l EINVL: 有效参数。l EMFILE: 关上的文件过多。l ENODEV: 设施不存在。l EISDIR: 是一个目录。l ENOTDIR: 不是一个目录。两个无效函数可报告呈现的谬误: strerror 和 perror。
perror 函数也把 errno 变量中报告的以后谬误映射成一个字符串，并把它输入到规范谬误输入流。
strerror 函数把谬误代号映射成一个字符串，该字符串对产生的谬误类型进行阐明。
3.6 阻塞和非阻塞
阻塞和非阻塞是文件的属性，譬如
read 函数在读取一般文件时，是非阻塞的，
read 函数在读取设施文件时，是阻塞的，
read 函数在读取管道、套接字时，也是阻塞的
一般文件不用说，下面代码能够验证，
读取设施文件，示例如下
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
// 读规范输出
char buf[1024];
memset(buf, 0, sizeof(buf));
int n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
return 0;
}四. 文件操作汇总
4.1 fstat、stat 和 lstat 零碎调用
fstat 作用：获取文件的状态信息，该信息将会写入一个 buf 中，buf 的地址会以参数的模式传递给 fstat。
stat 和 lstat 均通过文件名查问状态信息，当文件名是符号链接时，lstat 返回的时符号链接自身的信息，而 stat 返回的时改链接指向的文件的信息。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int stat(const char *path, struct stat *buf);
int fstat(int fd, struct stat *buf);
int lstat(const char *path, struct stat *buf);
// struct stat 构造阐明
struct stat {
dev_t st_dev; // 文件的设施编号
ino_t st_ino; // 节点
mode_t st_mode; // 文件的类型和存取的权限
nlink_t st_nlink; // 连到该文件的硬连贯数目，刚建设的文件值为 1
uid_t st_uid; // 用户 ID
gid_t st_gid; // 组 ID
dev_t st_rdev; //(设施类型)若此文件为设施文件，则为其设施编号
off_t st_size; // 文件字节数(文件大小)
blksize_t st_blksize; // 块大小(文件系统的 I /O 缓冲区大小)
blkcnt_t st_blocks; // 块数
time_t st_atime; // 最初一次拜访工夫
time_t st_mtime; // 最初一次批改工夫
time_t st_ctime; // 最初一次扭转工夫(指属性)
};
//st_mode 标记有一系列相干的宏, 定义见 sys/stat.h 中stat 示例代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{//int stat(const char *pathname, struct stat *buf);
// 获取文件属性
struct stat sb;
stat(argv[1], &sb);
// 获取文件类型
if ((sb.st_mode & S_IFMT) == S_IFREG)
{printf("一般文件 \n");
}
else if((sb.st_mode & S_IFMT) ==S_IFDIR)
{printf("目录文件 \n");
}
else if((sb.st_mode & S_IFMT) ==S_IFLNK)
{printf("连贯文件 \n");
}
if (S_ISREG(sb.st_mode))
{printf("一般文件 \n");
}
else if(S_ISDIR(sb.st_mode))
{printf("目录文件 \n");
}
else if(S_ISLNK(sb.st_mode))
{printf("连贯文件 \n");
}
// 判断文件权限
if(sb.st_mode & S_IROTH)
{printf("---R----");
}
if(sb.st_mode & S_IWOTH)
{printf("---W----");
}
if(sb.st_mode & S_IXOTH)
{printf("---X----");
}
printf("\n");
return 0;
}通过 man 2 stat 能够找到代码示例。
4.2 access 函数
#include <unistd.h>
int access(const char *pathname, int mode);
性能：测试指定文件是否具备某种属性
参数：pathname：文件名
mode：文件权限，4 种权限
R_OK：是否有读权限
W_OK：是否有写权限
X_OK：是否有执行权限
F_OK：测试文件是否存在
返回值：0：有某种权限，或者文件存在
-1：没有，或文件不存在示例
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char **argv)
{
// 查看参数个数
if (2 != argc)
{printf("usage: ./a.out filename\n");
return 1;
}
// 判断文件是否存在
if (access(argv[1], F_OK) == 0)
{printf("文件存在...\n");
}
else
{printf("文件不存在....\n");
}
// 判断文件是否有读的权限
if (access(argv[1], R_OK) == 0)
{printf("能够读 \n");
}
else
{printf("不能够读 \n");
}
return 0;
}4.3 chmod 函数
#include <sys/stat.h>
int chmod(const char *pathname, mode_t mode);
性能：批改文件权限
参数：filename：文件名
mode：权限(8 进制数)
返回值：胜利：0
失败：-14.4 chown 函数
#include <unistd.h>
int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);
性能：批改文件所有者和所属组
参数：pathname：文件或目录名
owner：文件所有者 id，通过查看 /etc/passwd 失去所有者 id
group：文件所属组 id，通过查看 /etc/group 失去用户组 id
返回值：胜利：0
失败：-14.5 truncate
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int truncate(const char *path, off_t length);
性能：批改文件大小
参数：path：文件文件名字
length：指定的文件大小
a)比原来小, 删掉后边的局部
b)比原来大, 向后拓展
返回值：胜利：0
失败：-14.6 link 函数
#include <unistd.h>
int link(const char *oldpath, const char *newpath);
性能：创立一个硬链接
参数：oldpath：源文件名字
newpath：硬链接名字
返回值：胜利：0
失败：-1
4.7 symlink
#include <unistd.h>
int symlink(const char *target, const char *linkpath);
性能：创立一个软链接
参数：target：源文件名字
linkpath：软链接名字
返回值：胜利：0
失败：-14.8 readlink 函数
#include <unistd.h>
ssize_t readlink(const char *pathname, char *buf, size_t bufsiz);
性能：读软连贯对应的文件名，不是读内容(该函数只能读软链接文件)
参数：pathname：软连贯名
buf：寄存软件对应的文件名
bufsiz：缓冲区大小(第二个参数寄存的最大字节数)
返回值：胜利：>0，读到 buf 中的字符个数
失败：-14.9 unlink 函数
#include <unistd.h>
int unlink(const char *pathname);
性能：删除一个文件(软硬链接文件)
参数：pathname：删除的文件名字
返回值：胜利：0
失败：-14.10 rename 函数
#include <stdio.h>
int rename(const char *oldpath, const char *newpath);
性能：把 oldpath 的文件名改为 newpath
参数：oldpath：旧文件名
newpath：新文件名
返回值：胜利：0
失败：-1五. 文件描述符操作
5.1 dup 和 dup2
dup
#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
性能：通过 oldfd 复制出一个新的文件描述符，新的文件描述符是调用过程文件描述符表中最小可用的文件描述符，最终 oldfd 和新的文件描述符都指向同一个文件。参数：oldfd : 须要复制的文件描述符 oldfd
返回值：胜利：新文件描述符
失败：-1示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(){
int fd = -1;
int newfd = -1;
// 关上一个文件
fd = open("new.log", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
if(-1 == fd){perror("open");
return 1;
}
// 复制文件描述符
newfd = dup(fd);
if(-1 == newfd){perror("dup");
return 1;
}
printf("fd:%d newfd:%d\n",fd,newfd);
// 敞开文件
close(fd);
close(newfd);
return 0;
}dup2
#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);
性能：通过 oldfd 复制出一个新的文件描述符 newfd，如果胜利，newfd 和函数返回值是同一个返回值，最终 oldfd 和新的文件描述符 newfd 都指向同一个文件。参数：oldfd : 须要复制的文件描述符
newfd : 新的文件描述符，这个描述符能够人为指定一个非法数字（0 - 1023），如果指定的数字曾经被占用（和某个文件有关联），此函数会主动敞开 close() 断开这个数字和某个文件的关联，再来应用这个非法数字。返回值：胜利：返回 newfd
失败：返回 -1示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(){
int fd = -1;
int newfd = -1;
// 关上一个文件
fd = open("new.log", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
if(-1 == fd){perror("open");
return 1;
}
// 复制文件描述符
newfd = 10;
newfd = dup2(fd,newfd);
if(-1 == newfd){perror("dup");
return 1;
}
printf("fd:%d newfd:%d\n",fd,newfd);
// 敞开文件
close(fd);
close(newfd);
return 0;
}5.2 fcnlt 函数
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */);
性能：扭转已关上的文件性质，fcntl 针对描述符提供管制。参数：fd：操作的文件描述符
cmd：操作形式
arg：针对 cmd 的值，fcntl 可能承受第三个参数 int arg。返回值：胜利：返回某个其余值
失败：-1fcntl 代码示例：复制一个现有的描述符（cmd=F_DUPFD）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(){
int fd = -1;
int newfd = -1;
// 关上一个文件
fd = open("new.log", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
if(-1 == fd){perror("open");
return 1;
}
// 复制文件描述符
newfd = fcntl(fd,F_DUPFD,10);
printf("fd:%d newfd:%d\n",fd,newfd);
// 敞开文件
close(fd);
close(newfd);
return 0;
}示例 取得/设置文件状态标记(cmd=F_GETFL 或 F_SETFL)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(){
int fd = -1;
int ret = -1;
// 关上一个文件
fd = open("new.log", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
if(-1 == fd){perror("open");
return 1;
}
// 获取文件状态标记
ret = fcntl(fd,F_GETFL);
if(-1 == ret){perror("fcntl");
return 1;
}
if(ret & O_NONBLOCK){printf("文件为非阻塞 \n");
}
else{printf("文件为阻塞");
}
// 设置文件状态标记
// 设置为非阻塞
ret |= O_NONBLOCK;
ret = fcntl(fd,F_SETFL,ret);
if (-1 == ret)
{perror("fcntl");
return 1;
}
// 获取文件状态标记
ret = fcntl(fd,F_GETFL);
if(-1 == ret){perror("fcntl");
return 1;
}
if(ret & O_NONBLOCK){printf("文件为非阻塞 \n");
}
else{printf("文件为阻塞");
}
// 敞开文件
close(fd);
return 0;
}六 目录操作汇总
6.1 getcwd
#include <unistd.h>
char *getcwd(char *buf, size_t size);
性能：获取以后过程的工作目录
参数：buf : 缓冲区，存储以后的工作目录
size : 缓冲区大小
返回值：胜利：buf 中保留以后过程工作目录地位
失败：NULL6.2 chdir 函数
#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);
性能：批改以后过程 (应用程序) 的门路
参数：path：切换的门路
返回值：胜利：0
失败：-16.3 opendir 函数
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name);
性能：关上一个目录
参数：name：目录名
返回值：胜利：返回指向该目录构造体指针
失败：NULL6.4 closedir 函数
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);
性能：敞开目录
参数：dirp：opendir 返回的指针
返回值：胜利：0
失败：-16.5 readdir 函数
#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
性能：读取目录
参数：dirp：opendir 的返回值
返回值：胜利：目录构造体指针
失败：NULL
// 构造体阐明
struct dirent
{
ino_t d_ino; // 此目录进入点的 inode
off_t d_off; // 目录文件结尾至此目录进入点的位移
signed short int d_reclen; // d_name 的长度, 不蕴含 NULL 字符
unsigned char d_type; // d_type 所指的文件类型
char d_name[256]; // 文件名
}；d_type 取值阐明
| 取值 | 含意 |
|---|---|
| DT_BLK | 块设施 |
| DT_CHR | 字符设施 |
| DT_DIR | 目录 |
| DT_LNK | 软链接 |
| DT_FIFO | 管道 |
| DT_REG | 一般文件 |
| DT_SOCK | 套接字 |
| DT_UNKNOWN | 未知 |
正文完
