Linux操作文件的底層系統(tǒng)如何調(diào)用

這篇文章主要介紹“Linux操作文件的底層系統(tǒng)如何調(diào)用”，在日常操作中，相信很多人在Linux操作文件的底層系統(tǒng)如何調(diào)用問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Linux操作文件的底層系統(tǒng)如何調(diào)用”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

linux操作系統(tǒng)奉行一切皆文件的理念，所有文件設(shè)備幾乎都可以用一套系統(tǒng)調(diào)用即open()/close()/write()/read()等來操作。系統(tǒng)調(diào)用和C庫調(diào)用操作文件類似。Linux自帶的man手冊是最權(quán)威的。通過查看man手冊來查看系統(tǒng)調(diào)用用法。

代號(hào) —— 代表的含義

• 1 —— 用戶在shell環(huán)境下可操作/可執(zhí)行的命令

• 2 —— 系統(tǒng)內(nèi)核可調(diào)用的函數(shù)與工具

• 3 —— 一些常用的函數(shù)與函數(shù)庫，大部分C的函數(shù)庫

• 4 —— 設(shè)備文件的說明，通常是在 /dev下的設(shè)備

• 5 —— 配置文件或某些文件的格式

• 6 —— 游戲

• 7 —— 管理與協(xié)議等，例如Linux文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等

• 8 —— 系統(tǒng)管理員可用的命令

• 9 —— 與Kernel有關(guān)的文件

注意，系統(tǒng)的頭文件在Linux中一般存放在/usr/include目錄下；下面包含的一些頭文件有的帶了sys，其實(shí)是include底下的子目錄中的頭文件

open（）——打開或者創(chuàng)建一個(gè)文件

返回值類型： int——文件描述符fd，每打開一個(gè)文件，就會(huì)得到一個(gè)文件描述符，這個(gè)文件描述符是整形的，我們通過文件描述符進(jìn)行讀寫操作。

• 失?。?1

• 成功：>= 0，即文件描述符；

• mode_t是一個(gè)類型別名，實(shí)際上就是一個(gè)有符號(hào)的整數(shù)，對open函數(shù)而言，僅僅當(dāng)創(chuàng)建新文件時(shí)才使用第三個(gè)參數(shù)

flag：打開標(biāo)志

注意： 這些其實(shí)都是定義的一些宏，當(dāng)需要使用到多個(gè)參數(shù)時(shí)，使用按位或“ | ”構(gòu)成多個(gè)flag參數(shù)

也可跟隨下面的方式一起使用：

其他不一一介紹，需要使用時(shí)自查。

write（）

返回值：

• 若成功為已經(jīng)寫入的字節(jié)數(shù)；

• 若出錯(cuò)為-1；

注意：計(jì)劃寫入的字節(jié)數(shù)和函數(shù)的返回值不相等時(shí)，表示寫入出現(xiàn)了錯(cuò)誤，可以用來檢驗(yàn)寫入是否成功；

參數(shù)：

• fd：寫入文件的文件描述符；

• buf：存放待寫數(shù)據(jù)的緩存；

• count：要求寫入一次數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；

注意：

對于普通文件，寫操作從文件的當(dāng)前位移量處開始，若如果在打開該文件時(shí)，指定了O_APPEND選擇項(xiàng)，則在每次寫操作之前，將文件位移量設(shè)置在文件的當(dāng)前結(jié)尾處。在一次成功寫之后，該文件位移量增加實(shí)際寫的字節(jié)數(shù)。

read（）

返回值 ：讀到的字節(jié)數(shù)

• 若已到文件尾為0；若出錯(cuò)為-1；

參數(shù)

• fd：讀取文件的文件描述符；

• buf：存放讀取數(shù)據(jù)的緩存；

• count：要求讀取一次數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；注意返回值是實(shí)際讀到的字節(jié)數(shù)，二者并不相同；

注意：讀操作從文件的當(dāng)前位移量開始，在成功返回之前，該位移量增加實(shí)際讀得的字節(jié)數(shù)（這個(gè)位移量是可以自己設(shè)置的）；

close（）

注意：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程終止時(shí)，它所打開的文件都由內(nèi)核自動(dòng)關(guān)閉。

注：這些不帶緩存的函數(shù)都是內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用；這正是和我們在C語言中學(xué)到的那些IO操作不同的地方，他們不是標(biāo)準(zhǔn)C的組成部分，但是POSIX的組成部分。

標(biāo)準(zhǔn)C對文件操作時(shí)都是通過對FILE的結(jié)構(gòu)體指針進(jìn)行操作的，而這里使用的是文件描述符。

文件描述符的范圍是0&mdash;&mdash;OPEN MAX，早期的Unix采用的上限為19（即允許每個(gè)進(jìn)程打開20個(gè)文件），現(xiàn)在很多系統(tǒng)將即增加到63，Linux為1024，具體多少可以在<unistd.h>的頭文件中查找。

文件描述符與文件指針

• FILE *fdopen(int fd,const char *mode)，將文件描述符轉(zhuǎn)為文件指針；

• int fileno(FILE *stream)，將文件指針轉(zhuǎn)換為文件描述符；

lseek函數(shù)

功能： 定位一個(gè)已打開的文件

off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence);

• fd：已經(jīng)打開的文件描述符；

• offset：位移量；

• whence：定位的位置，即基準(zhǔn)點(diǎn)

• SEEK_SET：將該文件的位移量設(shè)置為距文件開始處offset個(gè)字節(jié)；

• SEEK_CUR：將該文件的位移量設(shè)置為其當(dāng)前值加offset，offset可正可負(fù)；

• SEEK_END：將該文件的位移量設(shè)置為文件長度加offset，offset可正可負(fù)（此時(shí)若為正值，就涉及到空洞文件了，請看下面的講解）；

• 返回值：**若成功則返回新的文件位移量（絕對位移量）**若出錯(cuò)為-1；定位到文件尾部時(shí)，可以返回文件的大??；

• lseek函數(shù)也可以用來確定所涉及的文件是否可以設(shè)置位移量，如果文件描述符所引用的是一個(gè)管道或者FIFO，則lseek返回-1，并將errno設(shè)置為EPLPE；

空洞文件示例：

#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>

//生成空洞文件
char *buffer = "0123456789";

int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc < 2)
	{
		fprintf(stderr,"-usage:%s [file]\n",argv[0]);
		exit(1);
	}

	int fd = open(argv[1],O_WRONLY | O_CREATE | O_TRUNC,0777);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open error");
		exit(1);
	}

	size_t size = strlen(buffer) * sizeof(char);
	//將字符串寫入到空洞文件中
	if(write(fd,buffer,size) != size)
	{
		perror("write error");
		exit(1);
	}
	
	//定位到文件尾部的10個(gè)字節(jié)處
	if(lseek(fd,10L;SEERK_END) < 0)
	{
		perror("lseek error");
		exit(1);
	}
	//從文件尾部的10個(gè)字節(jié)處再寫入字符串
	if(write(fd,buffer,size) != size)
	{
		perror("write error");
		exit(1);
	}
	close(fd)；
	return 0;
}

我們可以看到用more命令查看文件內(nèi)容時(shí)，發(fā)現(xiàn)顯示的內(nèi)容只有一次寫入的結(jié)果，用od

-c命令查看文件的ASSCI碼，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在兩次內(nèi)容之間，有10個(gè)\0，這就是空洞，用vim打開該文件內(nèi)容也可以看到，有10個(gè)^@符。

注：每個(gè)文件都有一個(gè)與其相關(guān)聯(lián)的“當(dāng)前文件偏移量”，它是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，用以度量從文件開始處計(jì)算的字節(jié)數(shù)。通常讀寫操作都以文件當(dāng)前偏移量處開始，并使得偏移量增加所讀或所寫的字節(jié)數(shù)。按系統(tǒng)默認(rèn)，當(dāng)打開一個(gè)文件時(shí)，除非指定O_APPEND選擇項(xiàng)，否則該文件位移量被設(shè)置為0；

示例：

運(yùn)行結(jié)果如下：

fd = 3的原因是：

系統(tǒng)內(nèi)部PCB存在一個(gè)文件表，以記錄打開的文件，文件描述符其實(shí)就是文件表的下標(biāo)

• 0&mdash;&mdash;FILE* stdin，標(biāo)準(zhǔn)輸入

• 1&mdash;&mdash;FILE* stdout，標(biāo)準(zhǔn)輸出

• 3&mdash;&mdash;FILE* stderr，標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出

• 本程序已經(jīng)默認(rèn)打開了三個(gè)文件，fd排到第四個(gè)，所以編號(hào)為3

接下來進(jìn)行文件讀取

運(yùn)行結(jié)果如下：

應(yīng)用：利用讀寫對文件進(jìn)行復(fù)制

首先聲明：我們不區(qū)分文本文件還是二進(jìn)制文件

完成對一個(gè)圖片的復(fù)制，我們可以使用以下的方案：

• 先打開原來的二進(jìn)制文件

• 打開一個(gè)新的文件

• 從原來的二進(jìn)制文件中讀取一部分寫入新文件

• 反復(fù)讀寫

• 直到讀完，寫完就停止【read() == 0作為循環(huán)停止的條件，讀不到就是讀完了】

• 完成復(fù)制

復(fù)制完成

打開文件后，fork的子進(jìn)程能否共享和父進(jìn)程共享訪問同一個(gè)文件？

我們每次打開文件以后，會(huì)在內(nèi)核中產(chǎn)生struct file這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)體，以表示打開的文件，記錄著以下信息：

• 文件偏移量（起始從0開始，文件指針隨著寫入數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移）

• 引用計(jì)數(shù)（幾個(gè)進(jìn)程正在使用這個(gè)打開的文件）

• inode節(jié)點(diǎn)（存放進(jìn)程的屬性信息：誰創(chuàng)建了，名字是什么，在磁盤哪里存儲(chǔ)。通過這個(gè)inode節(jié)點(diǎn)，我們才能找到對應(yīng)的這個(gè)具體的文件）

• 打開方式：比如只讀方式，只寫方式打開

測試1：先打開文件再fork

close（fd）寫在最外側(cè)，父子進(jìn)程都會(huì)關(guān)閉，每關(guān)閉一次，引用計(jì)數(shù)減1，直到為0。

運(yùn)行結(jié)果如下：

原因如下：

測試2：先fork再打開文件

修改代碼后，運(yùn)行結(jié)果發(fā)生如下變化：

因?yàn)楦缸舆M(jìn)程分離后，打開了各自的文件，產(chǎn)生了各自的struct file，不再共享文件偏移量。

在實(shí)際的應(yīng)用場景中，我們更多地使用父進(jìn)程打開的文件，子進(jìn)程去訪問這種形式。

到此，關(guān)于“Linux操作文件的底層系統(tǒng)如何調(diào)用”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！