• Linux进阶-文件

    目录

    文件管理常用途径

    系统调用原理 

    文件系统类型

    文件IO五大模式

    系统IO和标准IO

    系统IO编程 

    常用头文件

    文件描述符

    open函数

    close函数

    read函数

    write函数

    lseek函数：设置文件读写位置

    sync函数：页缓存和回写，强制把修改过的页缓存区数据写入磁盘 

    读取文件状态和进行属性操作函数

    目录操作

    错误处理errno

    标准IO编程

    文件管理常用途径

            直接进行文件系统的底层操作（需要程序员熟悉文件系统的结构，并编写大量的代码完成）。

            调用shell程序实现，c语言提供了访问shell程序的接口，但shell的返回信息不便于在程序中进行分析。

            借助系统调用实现（如系统IO等）。

    系统调用原理 

    Linux内核：屏蔽硬件区别，把所有的硬件设备抽象成文件，提供统一的接口给用户使用，是一系列设备的驱动程序。

    文件操作必须通过物理存储设备的驱动程序访问驱动器，如硬盘、光盘驱动器的驱动程序，这些驱动程序存放在Linux内核。

    系统调用函数是Linux内核中实现的，是应用程序和linux内核交互的接口。

    在linux中，大部分的头文件在系统的“/usr/include”目录下可以找到，它是系统自动的GCC编译器默认的头文件目录。在预定义语句中包含系统调用函数库需要在头文件前加上相对路径sys/。可以用locate来定位头文件的位置，比如locate sys/stat.h。

    系统调用并非是ANSI C标准，所有不同的操作系统或不同的linux内核版本的系统调用函数可能不同。

    Linux提供的系统调用包含以下内容：

    进程控制：如fork、clone、exit、setpriority等创建、克隆、中止、设置进程优先级的操作。

    文件系统控制：如open、read、write等对文件的打开、读取、写入操作。

    系统控制：如reboot、stime、init_module等重启、调整系统时间、初始化模块的系统操作。

    内存管理：如mlock、mremap等内存也上锁、重映射虚拟内存操作。

    网络管理：如sethostname、getthostname设置或获取本主机名操作。

    socket控制：如socket、bind、send等进行TCP、UDP的网络通讯操作。

    用户管理：如setid、getid等设置或获取用户ID的操作。

    进程间通信：包括信号量、管道、共享内存等操作。

    文件系统类型

    虚拟文件系统：抽象层，对文件的访问实际上是对抽象层的访问。

            抽象对象：封装了底层读写细节，使用c语言的多态来实现具体文件系统的接口。

    普通文件系统：ext4、fat32、ubifs

    特殊文件系统

    进程文件系统：procfs，挂载在/proc，存放进程相关信息，任务管理器。

    设备文件系统：devfs，挂载在/dev。存放硬件操作接口。

    文件IO五大模式

    阻塞模式、非阻塞模式、IO多路复用、异步IO、信号驱动IO。

    系统IO和标准IO

    非缓冲文件操作，适合于小规模文件的读写和对实时性要求很高的设备的数据通信，这类操作是系统调用提供的。比如：调制解调器、连接于串口的工业设备。read()函数和write()函数。

    缓冲文件操作，适合于大规模非实时性数据的处理，这类操作是标准输入输出库提供的。

    系统IO编程 

    常用头文件

    stdio.h：C标准输入输出头文件，常使用printf函数。

    stdlib.h：C标准库头文件，常用malloc、free等函数。

    sys/stat.h：包含了关于文件权限定义，如S_IRWXU、S_IWUSR以及函数fstat用于查询文件状态。涉及系统调用文件相关的操作，通常都需要用到sys/stat.h文件。

    unistd.h：UNIX C标准库头文件，unix、linux系列的操作系统相关的C库，定义了unix类系统POSIX标准的符合常量头文件，比如Linux标准的输入文件描述符（STDIN）、标准输出文件描述符（STDOUT）和read、write等系统调用的声明。

    fcntl.h：unix标准中通用的头文件，其中包含的相关函数有open、fcntl、close等操作。 

    sys/types.h：包含Unix/Linux系统的数据类型的头文件，常用的有size_t、time_t、pid_t等类型。

    文件描述符

    文件描述符：小的非负整数，内核用以标识某一特定进程正在存访的文件。

    当内核打开一个现存文件或创建一个新文件时，它会返回一个文件描述符给该进程，这样该进程就能通过内核访问目标文件。

    int fd;                                                //定义文件描述符
    fd = open(filename, flags, mode);  //open(文件名，模式，权限（可选）)
    lseek(fd, offset, whence);               //lseek(文件描述符，读写位置的偏移量，文件读写位置的基准值)
    write(fd, buf, write_len);
    read(fd, buf, read_len);
    close(fd);

    主模式（互斥，只选其一）描述副模式（兼容，可多选）描述
    O_RDONLY只读模式O_CREAT当文件不存在，需要去创建文件
    O_WRONLY只写模式O_APPEND追加模式
    O_RDWR读写模式O_DIRECT直接IO模式，读写数据跳过页缓存区，直接在磁盘操作
    O_SYNC同步模式，不需要手动添加sync函数
    O_NOBLOCK非阻塞模式

    open函数

    //所需头文件
    #include    //提供mode_t类型
    #include        //提供open()函数的符号
    #include              //提供open()函数

    //函数原型
    int open(const char* pathname,int flags);                    //当文件存在时
    int open(const char* pathname,int flags,int perms);    //当文件不存在时

    //返回值
    成功：文件描述符
    失败：-1

    close函数

    //所需头文件
    #include     //提供close()函数

    //函数原型
    int close(int fd);

    //返回值
    成功：0
    失败：-1

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. int main()
    8. {
    9.         int fd;
    10.         fd = open("./a.txt", O_RDONLY|O_CREAT, 0666);
    11.         if(fd < 0)
    12.         {
    13.                 printf("open error!\r\n");
    14.         }
    15.         printf("fd:%d\r\n", fd);
    16.         close(fd);
    17.  
    18.         return 0;
    19. }

    read函数

    //所需头文件
    #include

    //函数原型
    ssize_t read(int fd, void *buff, size_t count); 

    //返回值
    成功：
    count：成功读取全部字节
    0~count：
        剩余文件长度小于count
        读取期间被异步信号打断
    失败：-1，读取错误

    write函数

    //所需头文件
    #include

    //函数原型
    ssize_t write(int fd,void *buff,size_t count); 

    //返回值
    成功：
    count：成功写入全部字节
    0~count：写入期间被异步信号打断
    失败：-1，写入错误 

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. int main(int argc,char** argv)
    8. {
    9.         int fd1, fd2;
    10.         char buf[512];
    11.         int read_size;
    12.  
    13.         if(argc != 3)
    14.         {       
    15.                 printf("param error!\r\n");
    16.                 return -1;
    17.         }
    18.  
    19.         fd1 = open(argv[1], O_RDONLY);
    20.         fd2 = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
    21.         if( fd1 < 0 || fd2 < 0 )
    22.         {
    23.                 printf("open error!\r\n");
    24.                 return -1;
    25.         }
    26.  
    27.         while(1)
    28.         {
    29.                 read_size = read(fd1, buf, 512);
    30.                 if(read_size == 0)
    31.                         break;
    32.                 write(fd2, buf, read_size);
    33.         }
    34.  
    35.         close(fd1);
    36.         close(fd2);
    37.  
    38.         return 0;
    39. }

     

    lseek函数：设置文件读写位置

    whence描述
    SEEK_SET基准点为文件开头
    SEEK_CUR基准点为当前位置
    SEEK_END基准点为文件末尾

    //所需头文件
    #include  

    //函数原型
    off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence); 

    //返回值
    成功：文件偏移位置值
    失败：-1

    sync函数：页缓存和回写，强制把修改过的页缓存区数据写入磁盘 

    //所需头文件
    #include  

    //函数原型
    void sync(void); 

    //返回值
    无 

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. int main(int argc, char** argv)
    8. {       
    9.         int fd=open("lseek.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    10.  
    11.         write(fd, "123", 3);
    12.         lseek(fd, 3, SEEK_CUR);
    13.         write(fd, "abc", 3);
    14.         sync();
    15.         close(fd);
    16.  
    17.         return 0;
    18. }

    读取文件状态和进行属性操作函数

    //所需头文件

    #include
    #include
    #include

    //函数原型

    int fstat(int fd, struct stat *statbuf);                                   //返回一个已打开文件的状态和属性信息
    int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);      //返回一个未打开的符号链接文件本身的信息
    int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);           //返回一个未打开的符号链接文件指向文件的信息

    struct stat {
                   dev_t              st_dev;         //包含文件的设备ID
                   ino_t               st_ino;          //Inode号
                   mode_t           st_mode;      //文件类型和模式
                   nlink_t            st_nlink;       //硬链接数量
                   uid_t               st_uid;          //所有者的用户ID
                   gid_t               st_gid;          //所有者的群组ID
                   dev_t              st_rdev;        //设备ID（如果是特殊文件）
                   off_t                st_size;         //总大小，以字节为单位
                   blksize_t         st_blksize;    //IO文件系统的块大小
                   blkcnt_t           st_blocks;    //申请的块数（一块等于512B）
     

                   //从Linux 2.6开始，内核支持以下时间戳字段的纳秒精度。有关Linux 2.6之前的详细信息，请参见NOTES
                   struct timespec st_atim;     //最后访问时间
                   struct timespec st_mtim;    //最后修改时间
                   struct timespec st_ctim;     //上次状态更改时间

                   #define st_atime st_atim.tv_sec      /* Backward compatibility */
                   #define st_mtime st_mtim.tv_sec  

                   #define st_ctime st_ctim.tv_sec
    };

    //返回值
    成功：0
    失败：-1，错误置于errno

    chmod(path, 权限);                  //属性操作

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7.  
    8. int main(int argc,char** argv)
    9. {       
    10.         struct stat buf;
    11.         int fd = open("stat.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0111);
    12.  
    13.         fstat(fd, &buf);
    14.         if(buf.st_mode & S_IRUSR)
    15.             puts("所有者拥有读权限");
    16.         if(buf.st_mode & S_IRGRP)
    17.             puts("群组拥有读权限");
    18.         close(fd);
    19.  
    20.         chmod("stat.txt", 0777);
    21.         stat("stat.txt", &buf);
    22.         if(buf.st_mode & S_IWUSR)
    23.             puts("所有者拥有写权限");
    24.         if(buf.st_mode & S_IWGRP)
    25.             puts("群组拥有写权限");
    26.  
    27.         return 0;
    28. }

    目录操作

    //所需头文件
    #include

    mkdir(path, 权限);                            //新建目录，返回0为成功，返回-1为失败

    getcwd(char *buf, size_t size);       //获取当前工作目录，返回当前目录的字符串长度，当大于size时返回NULL

    chdir(path);                                      //相当于cd命令，改变执行程序的工作目录

    rmdir(path);                                      //删除目录，该函数必须在该目录下没有子目录或文件的情况才能运行

    unlink(path);                                    //删除文件

    扫描子目录函数封装在dirent.h文件，使用DIR结构体，这个结构的指针所指向的内存空间被称为子目录流。

    struct dirent {
                   ino_t         d_ino;                       //Inode号
                   off_t          d_off;                       //该文件相对于文件夹的偏移量
                   unsigned  short d_reclen;       //d_name的长度
                   unsigned  char  d_type;          //文件类型, 例如管道, Socket , Block等    ；并非所有文件系统类型都支持
                   char          d_name[256];          //文件名
    };

    函数名描述
    DIR *opendir(const char *name)打开路径并建立子目录流，返回子目录流指针
    struct dirent *readdir(DIR *dirp)

    函数返回一个指针，指针指向的结构体保存着子目录流dirp中下一个目录数据项的有关资料。

    后续的readdir调用将返回后续的目录数据。如果错误或到达子目录尾，将返回NULL值。

    long int telldir(DIR *dirp)函数返回值里记录着子目录流里的当前位置
    void seekdir(DIR *dirp, long int loc)

    对dirp指定的子目录流中的目录数据项的指针进行设置。

    loc的值用于设置指针位置，它应该通过前一个telldir函数调用获得。

    int *closedir(DIR *dirp)关闭子目录流，返回关闭操作结果

    可遍历子目录下所有文件的函数，scan_dir.c 

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9.  
    10. int scan_dir(char *dir, int depth)
    11. {       
    12.     DIR *dp;
    13.     struct dirent *entry;
    14.     struct stat statbuf;
    15.  
    16.     if( (dp = opendir(dir)) == NULL )
    17.     {
    18.         puts("无法打开该目录");
    19.         return -1;
    20.     }
    21.  
    22.     chdir(dir);
    23.     //readdir是逐一读取文件（目录也属于文件的一种），会读取.和..
    24.     while( (entry = readdir(dp)) != NULL )
    25.     {
    26.         /* 读取文件属性 */
    27.         lstat(entry->d_name, &statbuf);
    28.         if(statbuf.st_mode & S_IFDIR)    //目录文件
    29.         {
    30.             if( strcmp(".", entry->d_name) == 0 || strcmp("..", entry->d_name) == 0 )
    31.                 continue;
    32.             //printf，%*s，depth指定缩进宽度（目前为0），“”表示缩进的内容是空格
    33.             printf("%*s%s/\n", depth, "", entry->d_name);
    34.             scan_dir(entry->d_name, depth + 4);
    35.         }else                            //普通文件
    36.         {
    37.             printf("%*s%s/\n", depth, "", entry->d_name);
    38.         }
    39.     }
    40.  
    41.     chdir("..");
    42.     closedir(dp);
    43. }

     使用readdir函数读取目录中的每一个文件（包括目录和文件，因为目录是一个特殊文件），并逐一进行处理。首先使用lstat函数获取文件属性，然后判断是否为目录文件。如果是目录文件，则进行递归调用scan_dir函数，同时将深度+4，以便缩进显示。如果是普通文件，则直接输出文件名。

    scan_dir.h

    1. #ifndef __MP3_H
    2. #define __MP3_H
    3.  
    4. void scan_dir(char *dir, int depth);
    5.  
    6. #endif

    main.c

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9.  
    10. int main()
    11. {
    12.     puts("扫描该工程目录：");
    13.     scan_dir("/home/couvrir/桌面/make_testfile1", 0);
    14.     puts("扫描结束！");
    15.     return 0;
    16. }

    错误处理errno

    在进行文件操作的过程中可能会因各种原因而失败，错误信息将以代码的形式保存在系统变量errno中。很多函数通过改变errno变量的值输出标准错误信息编码，这些错误信息保存在头文件errno.h中。

    进行错误处理的函数：sterror()、perror()。perror函数内也调用了sterror函数，将标准错误信息字符串输出到终端，并为其增加一个说明。

    因为很多函数都是以errno变量，当另一个函数操作完成后可能会改变该变量的值。所有要获得正确的错误信息，应该将取得errno变量值的语句或sterror()函数放在出错语句最近的位置。

    比如：perror("文件操作");

    终端显示可能是：

            文件操作：No such file or directory

    标准IO编程

    C标准库实现了一个IO缓存区。

    常见标准IO函数（跟上述系统IO函数使用差不多）：

    fopen

    fclose

    fread

    fwrite

    fseek

    fflush：强制把IO缓存区的数据写入到页缓存区

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_47077788/article/details/127988163