（P7-P8）文件与IO：文件共享、dup、fcntl

2024-06-08 06:18
文章标签 io 文件共享 p8 p7 fcntl dup

本文主要是介绍（P7-P8）文件与IO：文件共享、dup、fcntl，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.文件共享
    • 2.复制文件描述符

1.文件共享

  • 打开文件内核数据结构
    （1）内核中如何表示打开的文件的？
    每个进程都有1个文件描述符表；
    refcnt表示文件当前的引用计数；
    stat状态返回的信息都保存在v节点信息上面；
    i节点信息保存了文件存放在磁盘的哪个位置；
    在这里插入图片描述

  • 一个进程两次打开同一个文件
    一个进程两次打开同一个文件，V节点信息是共享的；
    文件状态标志是不一样的；
    在这里插入图片描述

  • eg：代码：P7fileshare.c

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#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(int argc, char *argv[])
{int fd1;int fd2;char buf1[1024] = {0};char buf2[1024] = {0};fd1 = open("test.txt", O_RDONLY);if (fd1 == -1)ERR_EXIT("open error");read(fd1, buf1, 5);printf("buf1=%s\n", buf1);fd2 = open("test.txt", O_RDWR);if (fd2 == -1)ERR_EXIT("open error");read(fd2, buf2, 5);printf("buf1=%s\n", buf2);write(fd2, "AAAAA", 5);memset(buf1, 0, 5);read(fd1, buf1, 5);printf("buf1=%s\n", buf1);close(fd1);close(fd2);return 0;
}

  • 测试：
    一个进程两次打开同一个文件，这两次打开文件的文件表的文件状态标志、文件偏移位置的都是独立的，互不影响，相互独立
    在这里插入图片描述
    注意：V节点信息是共享的
    文件2向test.txt文件写入了AAAAA，会改变i节点信息所指向磁盘中的数据。
    但是偏移量是从5开始的，所以往后读就读到了AAAAA
    在这里插入图片描述

  • 两个进程打开同一个文件
    每个进程的文件表都是独立的。
    进程打开文件会返回空闲的描述符，所以第一个进程的fd=3，第二个fd=4；
    文件打开的状态标志和偏移量都不是共享的；
    在这里插入图片描述

2.复制文件描述符

  • 实现IO重定向
    复制文件描述符的含义：得到一个新的文件描述符指向同一个文件
    进程2得到一个空闲的描述符4与进程1的文件描述符3指向同一个文件，引用计数refcnt为2
    在这里插入图片描述
  • eg：代码：
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#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(int argc, char *argv[])
{int fd1;fd1 = open("test2.txt", O_RDONLY);if (fd1 == -1)ERR_EXIT("open error");//返回一个新的文件描述符，与fd指向同一个文件//当前新的文件描述符是1，因为将fd=1关闭了close(1);//将fd=1关闭了，所以返回的文件描述符的值为1，所以1和fd指向同一个文件dup(fd);//上面的2行，等价于dup2(fd,1);//当前的标准输出不再指向屏幕，而是指向了text2printf("hello\n");return 0;
}

  • 测试：已经重定向到文件中了
    在这里插入图片描述

  • 复制文件描述符有三种方法
    （1）dup
    搜索空闲的文件描述符（从0开始搜索可用的fd），与要复制的文件描述符指向同一个文件
    （2）dup2
    强制使用文件描述符，与要复制的文件描述符指向同一个文件（dup与close的结合）
    （3）fcntl：也具有复制fd的功能
    man 2 fcntl

int fcntl(int fd, int F_DUPFD, fd_start);
fd：要复制的fd
cmd：命令，复制的话使用F_DUPFD
从fd_start开始搜索可用的fdint fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
功能：操作文件描述符，改变已打开的文件的属性
arg是操作选项，依据cmd而定
  • fcntl常用操作
    （1）复制文件描述符
    F_DUPFD (long)
    （2）文件描述符标志
    F_GETFD（void）
    F_SETFD（long）
    （3）文件状态标志
    F_GETFL（void）
    F_SETFL（long）
    （4）文件锁
    F_GETTLK
    F_SETLK，F_SETLKW
    文件锁的结构体如下：
struct flock {...文件锁类型：读锁（就是共享锁，读锁可被多个进程增加）、写锁（就是排他锁，只允许一个进程增加锁）、清除锁short l_type;    /* Type of lock: F_RDLCK,F_WRLCK, F_UNLCK */锁的范围：whence和start决定加锁的起始点、len决定锁的长度和范围                         short l_whence;  /* How to interpret l_start:SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */off_t l_start;   /* Starting offset for lock */off_t l_len;     /* Number of bytes to lock */pid_t l_pid;     /* PID of process blocking our lock(F_GETLK only) */当前哪个进程阻塞当前的锁...};
  • eg：代码：P8fcntl.c
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#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(int argc, char *argv[])
{int fd1;fd1 = open("test.txt", O_RDONLY);if (fd1 == -1)ERR_EXIT("open error");// close(1);//将fd=1关闭了，所以返回的文件描述符的值为1，所以1和fd指向同一个文件// dup(fd);// //上面的2行，等价于dup2(fd,1);//fcntl模拟复制文件描述符close(1);//关闭标准输出，因为默认0，1，2已经被打开了//因为fcntl是从0搜索的，所以当前得到可以用的fd=1if (fcntl(fd, F_DUPFD, 0) <0)ERR_EXIT("fcntl with error");printf("hello\n");//输出到标准输出，标准输出已经重定位到test.txtreturn 0;
}

  • 测试：已经重定向到文件中了
    在这里插入图片描述

  • eg：代码：P8fcntl2.c

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#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)void set_flag(int fd, int flags);
void clr_flag(int fd, int flags);
int main(int argc, char *argv[])
{char buf[1024] = {0};int ret;int flags;//先获取fd的状态flags = fcntl(0, F_GETFL, 0);if (flags == -1)ERR_EXIT("fcntl get flag error");//再设置fd的状态，因为若直接获取，会移除以前fd的其它状态ret = fcntl(0, F_SETTFL, flags | O_NONBLOCK);if (flags == -1)ERR_EXIT("fcntl set flag error");//set_flag(fd, O_NONBLOCK);//clr_flag(fd, O_NONBLOCK);ret =read(0, buf, 1024);if (ret == -1)ERR_EXIT("read error");printf("buf=%s\n", buf);return 0;
}void set_flag(int fd, int flags)
{//先获取fd的状态int val;val = fcntl(fd, F_GETFL, 0);if (val == -1)ERR_EXIT("fcntl get flag error");val | =flags;//再设置fd的状态，因为若直接获取，会移除以前fd的其它状态ret = fcntl(fd, F_SETFL, val);if (flags == -1)ERR_EXIT("fcntl set flag error");
}//清除fd的状态
void clr_flag(int fd, int flags)
{//先获取fd的状态int val;val = fcntl(fd, F_GETFL, 0);if (val == -1)ERR_EXIT("fcntl get flag error");val & = ~flags;//再设置fd的状态，因为若直接获取，会移除以前fd的其它状态ret = fcntl(fd, F_SETFL, val);if (flags == -1)ERR_EXIT("fcntl set flag error");
}

  • 测试：fd文件状态被改成了非阻塞模式。所以产生了EAGAIN的错误
    在这里插入图片描述
    使用set_flag(fd, O_NONBLOCK);
    clr_flag(fd, O_NONBLOCK);的结果
    因为read从非阻塞变成阻塞的，read设置成阻塞的，只要获取到输出就会退出了
    在这里插入图片描述

  • eg：代码：P8fcntl3.c

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#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(int argc, int argv*[])
{//要对文件加读锁，那么要对文件有读的权限//要对文件加写锁，那么要对文件有写的权限    int fd;fd = open("test2.txt", O_CREAT | O_RDWR | O_TRUNC, 0644);if (fd == -1)ERR_EXIT("open error");struct flock lock;memset(&lock, 0, sizeof(lock));lock.l_type = F_WRLCK;lock.l_whence = SEEK_SET;//基准位置lock.l_start = 0;//偏移位置lock.len = 0;//为0表示锁定整个文件if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == 0){printf("lock success\n");printf("press any key to unlock\n");getchar();//按下任意键lock.l_type = F_UNLOCK;if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == 0)printf("unlock success\n");elseprintf("unlock fail\n");}else{ERR_EXIT("lock fail\n");}//就算没解锁，当进程退出的时候也会释放锁return 0;}

  • 测试：
    进程1
    在这里插入图片描述
    进程2加锁失败
    在这里插入图片描述

  • eg：代码：P8fcntl4.c

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#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(int argc, int argv*[])
{//要对文件加读锁，那么要对文件有读的权限//要对文件加写锁，那么要对文件有写的权限    int fd;fd = open("test2.txt", O_CREAT | O_RDWR | O_TRUNC, 0644);if (fd == -1)ERR_EXIT("open error");struct flock lock;memset(&lock, 0, sizeof(lock));lock.l_type = F_WRLCK;lock.l_whence = SEEK_SET;//基准位置lock.l_start = 0;//偏移位置lock.len = 0;//为0表示锁定整个文件if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == 0){printf("lock success\n");printf("press any key to unlock\n");getchar();//按下任意键lock.l_type = F_UNLOCK;if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == 0)printf("unlock success\n");elseprintf("unlock fail\n");}else{ERR_EXIT("lock fail\n");}//就算没解锁，当进程退出的时候也会释放锁return 0;}

  • 测试：
    加锁还可以使用F_SETLKW
    F_SETLKW区别于F_SETLK的原因是：若锁被另外一个进程锁施加了，那么其它进程试图加锁就会阻塞，直到另外一个进程解锁，才能够返回
    在这里插入图片描述
    其它进程会阻塞等待别的进程释放锁
    在这里插入图片描述
    按下任意键释放锁
    在这里插入图片描述

  • Makefifile

.PHONY:clean all
CC=gcc
CFLAGS=-Wall -g
BIN=01fcntl 02fcntl 03fcntl
all:$(BIN)
%.o:%.c$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
clean:rm -f *.o $(BIN)

这篇关于（P7-P8）文件与IO：文件共享、dup、fcntl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/1041404。

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