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分类: LINUX

2011-06-25 11:36:23

(图片没有出来,给大家个链接

http://blog.csdn.net/wanxiao009/archive/2010/06/04/5648583.aspx

学习linux编程,首先要学会使用shell,这里一些基础命令就不介绍了。这里唯一要提的一个shell命令就是man。man是任何一个开发者都应该学会经常使用的工具,使用man比去查看任何一本教材都要来的快速准确。man可以查看一下内容:

1.一般命令(shell命令)
2.系统调用(open write等直接陷入内核的函数)
3.子函数(C函数库等不直接陷入内核的函数)
4.特殊文件(/dev/zero等linux系统中有特殊用途的文件)
5.文件格式(linux系统的配置文件格式 host.conf)
6.游戏
7.宏和地方传统定义(本地配置)
8.维护命令(tcpdump等用来观察linux系统运行情况的命令)

    IO分为有缓冲IO和无缓冲IO两种,具体的区别可以见下图。不带缓冲的I/O,直接调用系统调用,速度快,如函数open(), read(), write()等。而带缓冲的I/O,在系统调用前采用一定的策略,速度慢,比不带缓冲的I/O安全,如fopen(), fread() fwrite()等。

      

    下面介绍文件IO中的基础函数。

    1.open函数

open函数:调用它可以打开或者创建一个文件。

  1. #include   
  2. int open(const char *pathname, int flags)  
  3. int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode)  

如果失败,返回值为-1
参数解析: pathname是要打开或者创建的文件名。flags  文件打开时候的选项, O_RDONLY以只读方式打开文件。O_WRONLY以只写方式打开文件。 O_RDWR以读、写方式打开文件。
这三个选项是必选的!


flags 可选选项:
O_APPEND 以追加方式打开文件,每次写时都写在文件末尾。
O_CREAT    如果文件不存在,则创建一个,存在则打开它。
O_EXCL      与O_CREAT一起使用时,如果文件已经存在则返回出错。
O_TRUNC   以只写或读写方式打开时,把文件截断为0
O_DSYNC   每次write时,等待数据写到磁盘上。
O_RSYNC    每次读时,等待相同部分先写到磁盘上。
O_SYNC      每次write时,等到数据写到磁盘上并接更新文件属性。
SYNC选项都会影响降低性能,有时候也取决于文件系统的实现。

mode  只有创建文件时才使用此参数,指定文件的访问权限。模式有:
   S_IRWX[UGO]    可读 可写 可执行
   S_IR[USR GRP OTH]   可读
   S_IW[USR GRP OTH]   可写
   S_IX[USR GRP OTH]    可执行
   S_ISUID   设置用户ID
   S_ISGID   设置组ID

U->user G->group  O->others

    2.creat函数

creat  以只写方式创建一个文件,若文件已经存在,则把它截断为0

  1. #include   
  2. int creat(const char *pathname, mode_t mode)  

参数解析:
pathname  要创建的文件名称mode   跟open的第三个参数相同,可读,可写,可执行 。如果失败 ,返回值为-1
creat函数等同于  open (pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)

    3.close函数

close 关闭已经打开的文件,并释放文件描述符

  1. #include   
  2. int close(int filedes)  

参数解析:filedes 文件描述符,有open或者creat返回的非负整数。

如果失败,返回值为-1
当一个进程结束时,操作系统会自动释放该进程打开的所有文件。但还是推荐用close来关闭文件。
lsof命令可以查看进程打开了那些文件。

    4.lseek函数

lseek 用来定位当前文件偏移量,既你对文件操作从文件的那一部分开始。

  1. #include   
  2. off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence);  

如果失败,返回值为-1,成功返回移动后的文件偏移量。
参数解析:filedes 文件描述符。offset 必须与whence一同解析
    whence为   SEEK_SET, 则offset从文件的开头算起。
    whence为   SEEK_CUR, 则offset从当前位置算起,既新偏移量为当前偏移量加上offset
    whence为   SEEK_END, 则offset从文件末尾算起。
可以通过lseek、write来快速创建一个大文件。

    5.read函数

read 从当前文件偏移量处读入指定大小的文件内容

  1. #include   
  2. ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes)  

失败返回-1, 成功返回读入的字节数,到文件末尾返回0
参数解析 filedes 文件描述符 ,有open返回。buf  读入文件内容存放的内存首地址。nbytes 要读取的字节数。
实际读入的字节数可能会小于要求读入的字节数。比如文件只有所剩的字节数小于你要读入的字节数,读取fifo文件和网络套接字时都可能出现这种情况。 

    6.write函数

write向一个文件写入一定字节的内容。

  1. #include   
  2. ssize_t write(int filedes, const void * buff, size_t nbytes)  

失败返回-1,成功返回实际写入的字节数。当磁盘满或者文件到达上限时可能写入失败。
一般从当前文件偏移量出写入,但如果打开时使用了O_APPEND,那么无论当前文件偏移量在哪里,都会移动到文件末尾写入。

    以上都是文件IO最基本的几个函数,那么linux的IO是怎么实现的呢?内核使用了三种数据结构,来实现I/O 
    1. 每个进程在进程表中都有一个记录项,每个记录项中有一张打开文件描述符表,可将其视为一个矢量,每个描述符占用一项。与每个 文  件描述符相关联的是:
         (a) 文件描述符标志。
         (b) 指向一个文件表项的指针。
    2. 内核为所有打开文件维持一张文件表。每个文件表项包含:
          (a) 文件状态标志(读、写、增写、同步等)。
          (b) 当前文件位移量。
          (c) 指向该文件v节点表项的指针。
    3. 每个打开文件(或设备)都有一个v节点结构。v节点包含了文件类型和对此文件进行各种操作的函数的指针信息。对于大多数文件, v节点还包含了该文件的i节点(索引节点)。例如, i节点包含了文件的所有者、文件长度、文件所在的设备、指向文件在盘上所使用的实际数据块的指针等等

如下图所示,内核中的数据结构

两个文件各自打开同一个文件,它们拥有各自的文件表项,但共享v节点表。见下图所示

    什么是原子操作?

    A B两个进程以O_APPEND方式打开同一个文件。A 进程去写该文件,假设此时文件偏移量为1000,B进程同时去写该文件,此时由于A进程未写完,则B进程得到的文件偏移量仍为1000。最后B进程的内容可能会覆盖掉A进程写的内容。pread , pwrite是原子读写操作。相当于先把文件偏移量定位到offset,然后在进行读写。这都是一步完成,不存在竞争问题。

  1. #include   
  2. ssize_t pread(int filedes, void *buf, size_t nbytes, off_t offset)  
  3. ssize_t pwrite(int filedes, const void *buf, size_t nbytes, off_t offset)  

返回值跟read和write一样。offset为文件偏移量。

    下面介绍一些文件IO中比较高级的函数。dup(),fcntl(),sync()等。

    1.dup函数

dup/dup2用来复制一个已经存在的文件描述符

  1. #include   
  2. int dup(int filedes) ;  
  3. int dup2(int filedes, int filedes2) ;  

失败返回-1,成功返回新文件描述符。filedes2是新文件描述符,如果已经打开则先关闭它。
ssize_t pread(int filedes, void *buf, size_t nbytes, off_t offset);
共享文件表项。

    2.fcntl函数

 fcntl 可以改变已经打开的描述符。

  1. #include   
  2. #include   
  3. int fcntl(int fd, int cmd)  
  4. int fcntl(int fd, int cmd, long arg)  

 参数解析:
       第一个为已经打开的文件描述符
       第二个为要对文件描述采取的动作 
       F_DUPFD   复制一个文件描述,返回值为新描述符。
       F_GETFD/F_SETFD   目前只有FD_CLOEXEC一个,set时候会用到第三个参数。 
       F_GETFL / F_SETFL  得到或者设置目前的文件描述符属性,返回值为当前属性。设置时使用第三个参数。

    3.sync函数

  1. #include   
  2. int fsync(int filedes) //把指定文件的数据和属性写入到磁盘。  
  3. int fdatasync(int filedes) //把指定文件的数据部分写到磁盘。  
  4. void sync(void//把修改部分排入磁盘写队列,但并不意味着已经写入磁盘。  

    最后些一个测试程序,希望可以用到里面大多数函数,用于测试其功能。这个程序功能是打开一个文件,在里面写入hello world,然后调用dup函数复制一个文件描述符,随后调用lseek将偏移量设置到hello之后,最后读出文件内容world打印到终端显示。代码如下所示

  1. #include   
  2. #include   
  3. #include   
  4. #include   
  5. #include   
  6. int main(void)  
  7. {  
  8.     int fd, fdd, ret;  
  9.     char str[]="hello world!";  
  10.     char buf[10];  
  11.     fd = open("file", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 755);  
  12.     if(fd < 0){  
  13.         perror("open error");  
  14.         exit(1);  
  15.     }  
  16.       
  17.     ret = write(fd, str, sizeof(str));  
  18.     if(ret != sizeof(str)){  
  19.         perror("write error");  
  20.         exit(1);  
  21.     }  
  22.       
  23.     fdd = dup(fd);  
  24.     if(ret == -1){  
  25.         perror("dup error");  
  26.         exit(1);  
  27.     }  
  28.       
  29.     lseek(fdd, 6, SEEK_SET);  
  30.     memset(buf,0,sizeof(buf));  
  31.     ret = read(fdd, buf, sizeof(buf));  
  32.     if(ret < 0){  
  33.         perror("read error");  
  34.         exit(1);  
  35.     }  
  36.     printf("%s\n",buf);  
  37.     return 0;  
  38. }  

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