Linux 文件系统与设备文件系统(1)

Linux 文件系统与设备文件系统(1)

成于坚持，败于止步

文件操作的相关系统调用 

Linux 的文件操作系统调用（在 Windows 编程领域，习惯称操作系统提供的接口为 API）涉及创建、打开、读写和关闭文件。 

1．创建 

int creat(const char *filename, mode_t mode); 

参数 mode 指定新建文件的存取权限，它同 umask 一起决定文件的最终权限（mode&umask），其中 umask 代表了文件在创建时需要去掉的一些存取权限。umask可通过系统调用 umask()来改 变，如下所示： 

int umask(int newmask); 

该调用将 umask 设置为 newmask，然后返回旧的 umask，它只影响读、写和执行权限。 

2．打开 

int open(const char *pathname, int flags); 

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); 

open()函数有两个形式，其中 pathname 是我们要打开的文件名（包含路径名称，默认时认为在当前路径下面），flags 可以是如表 5.1 所示的一个值或者是几个值的组合。

O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR 这 3 个标志只能使用任意的一个。 

如果使用了 O_CREATE 标志，则使用的函数是 int open（const char *pathname,int flags,mode_t mode）；这个时候我们还要指定 mode 标志，用来表示文件的访问权限。mode可以是如表 5.2 所示值的组合。

除了可以通过上述宏进行“或”逻辑产生标志以外，我们也可以自己用数字来表示，Linux 总共用 5 个数字来表示文件的各种权限：第一位表示设置用户 ID；第二位表示设置组 ID；第三位表示用户自己的权限位；第四位表示组的权限；第五位表示其他人的权限。每个数字可以取 1（执行权限）、2（写权限）、4（读权限）、0（无）或者是这些值的和。 

例如，如果要创建一个用户可读、可写、可执行，但是组没有权限，其他人可以读、可以执行的文件，并设置用户 ID 位。那么，应该使用的模式是 1（设置用户 ID）、0（不设置组 ID）、7（1+2+4，读、写、执行）、0（没有权限）、5（1+4，读、执行）即 10705，如下所示： 

open("test", O_CREAT, 10705); 

上述语句等价于： 

open("test", O_CREAT, S_IRWXU | S_IROTH | S_IXOTH | S_ISUID ); 

如果文件打开成功，open 函数会返回一个文件描述符，以后对该文件的所有操作就可以通过对这个文件描述符进行操作来实现。 

3．读写 

在文件打开以后，我们才可对文件进行读写，Linux 系统中提供文件读写的系统调用是 read、write 函数，如下所示： 

int read(int fd, const void *buf, size_t length); 

int write(int fd, const void *buf, size_t length); 

其中参数 buf 为指向缓冲区的指针，length 为缓冲区的大小（以字节为单位）。函数 read()实现从文件描述符 fd 所指定的文件中读取 length 个字节到 buf 所指向的缓冲区中，返回值为实际读取的字节数。函数 write 实现将把 length 个字节从 buf 指向的缓冲区中写到文件描述符 fd 所指向的文件中，返回值为实际写入的字节数。 以 O_CREAT 为标志的 open 函数实际上实现了文件创建的功能，因此，下面的函数等同 creat()函数： 

int open(pathname, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, mode); 

4．定位 

对于随机文件，我们可以随机地指定位置读写，使用如下函数进行定位： 

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

lseek()将文件读写指针相对 whence 移动 offset 个字节。操作成功时，返回文件指针相对于文件头的位置。参数 whence 可以使用如下值。 

SEEK_SET：相对文件开头。 

SEEK_CUR：相对文件读写指针的当前位置。 

SEEK_END：相对文件末尾。 

offset 可取负值，例如下述调用可将文件指针相对当前位置向前移动 5 个字节。 

lseek(fd, -5, SEEK_CUR); 

由于 lseek 函数的返回值为文件指针相对于文件头的位置， 因此下列调用的返回值就是文件的长度： 

lseek(fd, 0, SEEK_END); 

5．关闭 

当操作完成以后，就要关闭文件了，只要调用 close 函数就可以了，其中 fd 是要关闭的文件描述符。 

int close(int fd);

一个简答的文件读写访问实例：

1   #include <sys/types.h>
2   #include <sys/stat.h>
3   #include <fcntl.h>
4   #include <stdio.h>
5   #define LENGTH 100
6   main()
7   {
8     int fd, len;
9     char str[LENGTH];
10
11    fd = open("hello.txt", O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); /*
12    创建并打开文件 */
13    if (fd)
14    {
15      write(fd, "Hello World", strlen("Hello World")); /*写入字符串 */
16
17      close(fd);
18    }
19
20    fd = open("hello.txt", O_RDWR);
21    len = read(fd, str, LENGTH); /* 读取文件内容 */
22    str[len] = '\0';
23    printf("%s\n", str);
24    close(fd);
25  }

C 库函数的文件操作 

C 库函数的文件操作实际上是独立于具体的操作系统平台的，不管是在 DOS、Windows、Linux 还是在 VxWorks 中都是这些函数。 

1．创建和打开 

FILE *fopen(const char *path, const char *mode); 

fopen()实现打开指定文件 filename，其中的 mode 为打开模式，C 库函数中支持的打开模式如表 5.3 所示。

其中 b 用于区分二进制文件和文本文件，这一点在 DOS、Windows 系统中是有区分的，但 Linux 系统不区分二进制文件和文本文件。 

2．读写 

C 库函数支持以字符、字符串等为单位，支持按照某种格式进行文件的读写，这一组函数为： 

int fgetc(FILE *stream); 

int fputc(int c, FILE *stream); 

char *fgets(char *s, int n, FILE *stream); 

int fputs(const char *s, FILE *stream); 

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

int fscanf (FILE *stream, const char *format, ...); 

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream); 

size_t fwrite (const void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream); 

fread()实现从 stream 中读取 n 个字段，每个字段为 size 个字节，并将读取的字段放入 ptr 所指的字符数组中，返回实际已读取的字段数。在读取的字段数小于 num 时，可能是在函数调用时出现错误，也可能是读到文件的结尾。所以要通过调用 feof()和ferror()来判断。 

write()实现从缓冲区 ptr 所指的数组中把 n 个字段写到 stream 中，每个字段长为size 个字节，返回实际写入的字段数。 

另外，C 库函数还提供了读写过程中的定位能力，这些函数包括： 

int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos); 

int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *pos); 

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence); 

3．关闭 

利用 C 库函数关闭文件依然是很简单的操作，如下所示： 

int fclose (FILE *stream); 

同样附上一个实例：

1   #include <stdio.h>
2   #define LENGTH 100
3   main()
4   {
5     FILE *fd;
6     char str[LENGTH];
7
8     fd = fopen("hello.txt", "w+"); /* 创建并打开文件 */
9     if (fd)
10    {
11      fputs("Hello World", fd); /* 写入字符串 */
12      fclose(fd);
13    }
14
15    fd = fopen("hello.txt", "r");
16    fgets(str, LENGTH, fd); /* 读取文件内容 */
17    printf("%s\n", str);
18    fclose(fd);
19  }