（P4-P5）文件与IO：open、close、creat、read、write，errno的使用

2024-06-08 06:18
文章标签 使用 open read io close errno write p5 p4 creat

本文主要是介绍（P4-P5）文件与IO：open、close、creat、read、write，errno的使用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

    • 1.什么是I/O以及errno的使用
    • 2.文件描述符
    • 3.文件系统调用

1.什么是I/O以及errno的使用

  • 输入/输出是主存和外部设备之间拷贝数据的过程
    （1）设备——>内存（输入操作）
    （2）内存——>设备（输出操作）
  • 高级I/O：标准C库
    ANSI C提供的标准库称为高级I/O，通常也称为带缓冲的I/O
  • 低级I/O：系统调用IO
    通常也称为不带缓冲的I/O

2.文件描述符

  • 对于Linux而言，所有对设备或文件的操作都是通过文件描述符进行的
  • 当打开或者创建一个文件的时候，内核向进程返回一个文件描述符(非负整数)。
    后序对文件的操作只需通过该文件描述符，内核记录有关这个打开文件的信息。
  • 一个进程启动时，默认打开了3个文件，标准输入、标准输出、标准错误，对应文件描述符是0（STDIN_FILENO），1（STDOUT_FILENO），2（STDERR_FILENO），这些常量定义在unistd.h头文件中。
  • 注意：
标准C库访问文件，使用的是文件指针：FILE* fp
系统调用访问文件，使用int fp系统调用				  标准C库
STDIN_FILENO 		  stdin
STDOUT_FILENO 		  stdout
STDERR_FILENO 	      stderr
  • 代码：P4fileno.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>int main(void)
{printf("fileno(stdin) = %d\n", fileno(stdin));return 0;
}
  • 测试：
    该文件指针对应的文件描述符为0
    在这里插入图片描述

3.文件系统调用

  • open系统调用
    有几种方法可以获得允许访问文件的文件描述符。最常用的是使用open系统调用
（1）int open(const char *path, int flags);
参数：
path：文件的名称，可以包含（绝对和相对）路径
flags：文件打开模式返回值：
打开成功，返回文件描述符
打开失败，返回-1（2） int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
参数：文件的名称，可以包含（绝对和相对）路径
flags：文件打开模式
mode：用来规定对该文件的所有者，文件的用户组及系统中其它用户的访问权限
返回值：
打开成功，返回文件描述符；
打开失败，返回-1；
  • 代码：P4open.c
    注意errno输出的三种方式
//下面的头文件来自man 2 open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>// #define ERR_EXIT(m) (perror(m), exit(EXIT_FAILURE))
//等价于下面的一条一句，注意斜杠后面不能有空格,前面可以有空格
#define ERR_EXIT(m) \do \{ \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)int main(void)
{int fd;//O_RDONLY只读方式打开fd = open("test.txt", O_RDONLY);if (fd == -1){fprintf(stderr,"open error with errno=%d_%s\n", errno, strerror(errno));//错误输出方法1perror("open error");//错误输出方法2ERR_EXIT("open error");//错误输出方法3exit(EXIT_FAILURE);//EXIT_FAILURE=1}printf("open succ\n");return 0;
}
  • 测试：
    在这里插入图片描述
  • 代码：P4open2.c
//下面的头文件来自man 2 open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>#define ERR_EXIT(m) \do \{ \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)int main(void)
{umask(0);int fd;fd = open("test.txt", O_WRONLY| O_CREAT, 0666);if (fd == -1){ERR_EXIT("open error");exit(EXIT_FAILURE);}printf("open succ\n");return 0;
}
  • 测试：
    若注释掉umask(0)，则与预期设置的0666不一样，这是由于umask造成的
    在这里插入图片描述
    666去掉022的权限（6的权限是4和2，去掉2的权限就是4），所以最终是644
    在这里插入图片描述
    新创建的文件的权限是0666
    在这里插入图片描述
  • 打开方式总结
    所有这些标志值的符号名称可以通过#include <fcntl.h>访问
    在这里插入图片描述
  • 代码：P4open3.c
//下面的头文件来自man 2 open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>#define ERR_EXIT(m) \do \{ \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)int main(void)
{umask(0);int fd;//O_EXCL:如果文件存在则打开失败fd = open("test.txt", O_WRONLY| O_CREAT| O_EXCL, 0666);if (fd == -1){ERR_EXIT("open error");exit(EXIT_FAILURE);}printf("open succ\n");return 0;
}
  • 测试：
    不如数字创建方便
    S_IRUSR,S_IWUSR,S_IXUSR组合在一起就是7，其它以此类推
    在这里插入图片描述
  • 访问权限总结：下面的访问权限在man 2 open中
    在这里插入图片描述
  • 代码：P4open4.c
//下面的头文件来自man 2 open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>#define ERR_EXIT(m) \do \{ \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)int main(void)
{umask(0);int fd;//创建600权限fd = open("test2.txt", O_WRONLY| O_CREAT| O_EXCL, S_IRUSR|S_IWUSR);if (fd == -1){ERR_EXIT("open error");exit(EXIT_FAILURE);}printf("open succ\n");close(fd);return 0;
}
  • 测试：
    在这里插入图片描述
  • open返回的错误码说明
若open返回的错误码是EMFILE
进程能够打开的文件数量
[root@host131 ~]# ulimit -n
1024若open 返回的错误码是ENFILE
系统能够打开的文件数量，与内存有关
[root@host131 ~]# cat /proc/sys/fs/file-max
179974
  • close系统调用
    为了重新利用文件描述符，用close()系统调用释放打开的文件描述符
int close(int fd);
参数：
fd：要关闭的文件的文件描述符返回值：
如果出现错误，返回-1；
调用成功返回0
  • creat系统调用
    为了维持与早期的UNIX系统的向后兼容性
int creat(const char *path, mode_t mode);参数：
path：文件的名称，可以包含（绝对和相对）路径
mode：用来规定对该文件的所有者，文件的用户组及系统中其它用户的访问权限返回值：
打开成功，返回文件描述符
打开失败，返回-1fd=creat(file,mode);
完全等价于近代的open()调用
fd=open(file, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, mode);
  • read系统调用
    一旦有了与一个打开文件描述符相连的文件描述符，只要该文件是用O_RDONLY或O_RDWR标志打开的，就可以用read()系统调用从该文件中读取字节
    man 2 read
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);参数：
fd：想要读的文件的文件描述符
buf：指向内存块的指针，从文件中读取来的字节放到这个内存块中
count：从该文件复制到buf中的字节个数返回值：
如果出现错误，返回-1；
读文件结束，返回0；
否则返回从该文件复制到规定的缓冲区中的字节数
  • write系统调用：用write()系统调用将数据写到一个文件中
ssize_t与size_t的区别
size_t是无符号整数，可以看成unsigned int
ssize_t是有符号整数，可以看成是intssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbyte);
函数参数：
fd：要写入文件的文件描述符
buf：指向内存块的指针，从这个内存块中读取数据写入到文件中
count：要写入文件的字节个数返回值：
如果出现错误，返回-1
如果写入成功，则返回写入到文件中的字节个数

  • ref：ssize_t和size_t的区别

  • read与write的区别？
    read操作表示将数据从磁盘读到缓冲区了
    write操作并不意味着缓冲区的数据写入到磁盘中，除非指定O_SYNC选项来打开（O_SYNC：写操作将被阻塞，直到数据被写入到物理硬件上面，才会返回），或者调用fsync()函数来进行同步

  • 代码：P5copy.c

//下面的头文件来自man 2 open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>#define ERR_EXIT(m) \do \{ \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)//实现拷贝文件的功能
int main(int argc, char* argv[])
{int infd;int outfd;if (argc !=3 ){fprintf(stderr, "Usage %s src dts", argv[0]);ERR_EXIT(EXIT_FAILURE);}infd = open(argv[1], O_RDONLY);if (infd == -1)ERR_EXIT("open src error");if ((outfd = open(argv[2], O_WDONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644)) == -1)ERR_EXIT("open dst error");//将infd的内容写入到outfdchar buf[1024];int nread;while ((nread = read(infd, buf, 1024) >0){write(outfd, buf, 1024);}close(infd);close(outfd);return 0;
}

  • 测试：
    在这里插入图片描述

  • 文件的随机读写
    （1）到目前为止的所有文件访问都是顺序访问。这是因为所有的读和写都是从当前文件的偏移位置开始，然后文件偏移值自动地增加到刚好超出读或写结束时的位置，使它为下一次访问做好准备
    （2）有个文件偏移机制，在Linux系统中，随机访问就变得很简单，你所需做的只是将当前文件移动改变到有关的位置，它将迫使一次read()或write()发生在这一位置。（除非文件被O_APPEND打开，在这种情况下，任何write调用仍将发生在文件结束处）

  • lseek
    对应C函数库的fseek（功能一致），目的是进行随机读写；
    功能：通过指定相对于开始位置、当前位置或末尾位置的字节数来重定位插入位置，这取决于lseek()函数中指定的位置

off_t lseek(int fd, off_t offset, int base);
参数：
fd：需设置的文件标识符
offset：偏移量
base：搜索的起始位置返回值：
返回新的文件偏移值

  • lseek中的搜索起始base位置
    定义在<unistd.h>
    在这里插入图片描述

  • 代码：P5lseek.c

//下面的头文件来自man 2 open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>#define ERR_EXIT(m) \do \{ \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)int main(void)
{int fd;fd = open("test.txt", O_RDONLY);if (fd == -1)ERR_EXIT("open error");char buf[1024] = {0};int ret = read(fd, buf ,5);//读取5个字节到缓冲区，文件指针在5的位置if (ret == -1)ERR_EXIT("read error");printf("buf = %s\n", buf);//从当前指针所在位置偏移，偏移0个字节，返回值就是偏移量//该偏移量就等于当前指针所在的位置ret =lseek(fd, 0, SEEK_CUR);if (ret == -1)ERR_EXIT("lseek");printf("current offset = %d\n", ret);return 0;
}

  • 测试：
    当前偏移量为5
    在这里插入图片描述
    od -c XXX.txt查看空洞文件
    磁盘最小块单元是4k，查看方法du -h XXXX.txt
    在这里插入图片描述

  • 代码：P5hole.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>#define ERR_EXIT(m) \do \{ \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)//空洞文件的eg
int mian(void)
{int fd;fd = open("hole.txt", O_WRONLY| O_CREAT| O_TRUNC, 0644);if (fd == -1)ERR_EXIT("open with error");write(fd, "ABCDE", 5);// int ret = lseek(fd, 32, SEEK_CUR);int ret = lseek(fd, 1024*1024*1024, SEEK_CUR);//仅仅在内核操作，不会在磁盘IO进行操作if (ret == -1)ERR_EXIT("lseek error");write(fd, "hello", 5);close(fd);return 0;
}

  • 测试：
    使用ls -lh查看的文件大小为1G多，实际在磁盘上的数据并没有1G多。实际上1G多的空洞文件并不存放在磁盘上，只保存必要信息
    一个文件的大小并不等于其在磁盘上所占用的空间
    在这里插入图片描述

  • opendir
    功能：打开一个目录

原型：
DIR *opendir(const char *name);参数：
pathname：文件的路径名，相对路径和绝对路径都行返回值：
打开成功，返回一个目录指针
打开失败，则返回0
  • readdir
    功能：访问指定目录中下一个连接的细节
struct dirent* readdir(DIR *dirptr);参数：
dirptr：目录指针返回值：
返回一个指向dirent结构的指针，它包含指定目录中下一个连接的细节；
没有更多连接时，返回0；
  • closedir
    功能：关闭一个已经打开的目录
int closedir(DIr *dirptr)参数：
dirptr：目录指针
返回值：调用成功返回0，失败返回-1
  • 目录信息结构体

struct old_linux_dirent 
{long  d_ino;              /* inode number */文件在目录中的偏移位置off_t d_off;              /* offset to this old_linux_dirent */unsigned short d_reclen;  /* length of this d_name */文件名称的长度char  d_name[NAME_MAX+1]; /* filename (null-terminated) */
name最重要
}
  • 代码：P5ls.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>#include <dirent.h>#define ERR_EXIT(m) \do \{ \perror(m); \exit(EXIT_FAILURE); \} while(0)//编写简单的ls命令
int main(void)
{DIR *dir = opendir(".");//打开当前目录struct dirent *de;while ((de = readdir(dir)) != NULL)//man readdir{if (strncmp(de->d_name，"."， 1) == 0)continue;printf("%s\n", de->d_name);}close(dir);exit(EXIT_SUCCESS);//等价于exit(0);
}

  • 测试：
    在这里插入图片描述

  • 其它：
    mkdir系统调用：用来创建一个称为pathname的新目录，它的权限位设置为mode
    在这里插入图片描述
    rmdir系统调用：删除一个空目录
    在这里插入图片描述
    chmod和fchmod系统调用：用来改变给定路径名pathname的文件的权限位
    文件的路径名：绝对路径，or相对路径
    在这里插入图片描述
    chown和fchown系统调用：用来改变文件所有者的识别号(owner id)或者它的用户组识别号(group ID)
    在这里插入图片描述

  • Makefile

.PHONY:clean all
CC=gcc
CFLAGS=-Wall -g
BIN=01fileno 02open 03open 04open 05open 01cp 02lseek 03hole 04ls
all:$(BIN)
%.o:%.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
clean:rm -f *.o $(BIN)

这篇关于（P4-P5）文件与IO：open、close、creat、read、write，errno的使用的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1041400。

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