Linux中，一切皆文件！

1.文件IO

浏览书本：《4.2.1系统IO》和《4.2.2标准IO》

问题：

两种IO操作方式有何相同点？不同点？关系？

相同点：两种方式都是用于操作文件。

不同点：

系统IO：在操作系统层面，由系统提供。

标准IO：在库函数层面，由标准C库提供。

（关系：标准IO函数，其本质也是调用系统IO）

他们的优缺点是什么？

系统IO：由系统提供，有最基本的操作函数。（简洁、精炼）（类似于菜市场）

好处：简洁单一，稳定，不需要消耗过多系统资源。

缺点：对于功能性要求较高的程序，更加繁琐。

标准IO：由标准C库提供，拥有多样化的操作函数。（功能多样）（类似于饭馆）

好处：复杂操作更为方便，函数接口更加多样化。

缺点：消耗系统资源更多，不适用于简单功能。

2.系统IO

——》在操作系统层面，由系统提供。

常用的接口函数：

文件的打开 open();

文件的关闭 close();

文件的写入 write();

文件的读取 read();

文件的偏移 lseek();

备注：

查看函数的用法：

直接查看man手册

查阅相关函数资料(书籍、网络)

open打开文件描述符范围：3 ~ 1023

文件描述符 0~2分别对应不同的设备，自行open只能分配3以上。

当不再使用某个文件时，记得close关闭文件，释放资源。

（当程序结束时，所有资源也都会被释放）

文件偏移量：

也称为读写偏移量，读写操作都会先后移动。

每次重新打开一个文件，文件偏移量默认为0（位于文件开头）

3.主函数传参功能

主函数形式：

无参形式：

int main()
int main(void) //等同于上一个

带参形式：

 int main(int argc, const char *argv[])
 int main(int argc, const char **argv)

4.系统IO常用函数

控制硬件设备（绕过应用层，直接与驱动层通信）

       #include <sys/ioctl.h>
       int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

备注：

函数的形参个数最少2个，最多不限，由驱动程序决定。

比如6818开发板的蜂鸣器驱动有3个参数：

int ioctl(蜂鸣器硬件文件描述符, 电平状态, 引脚号);

蜂鸣器设备：”/dev/beep”

电平状态: 低电平0，高电平1（分别控制蜂鸣器响/不响）

引脚号: 固定为1号引脚

复制文件描述符：

dup和dup2

备注：

dup函数由系统自动分配最小且未用的文件描述符

dup2函数分配指定的文件描述符，如指定文件描述符已使用，会被替代。

文件控制：（软件、硬件。。）

fcntl()

备注：

可实现类似于dup和dup2的功能。

打开文件后，仍然能够设置/获取文件描述符的属性，无需重新打开文件。

内存映射（作用：将文件与内存进行关联，提高操作效率！）

mmap()

空洞文件有什么用呢？空洞文件对多线程共同操作文件是及其有用的，有时候我们创建一个很大的文件，如果单个线程从头开始依次构建该文件需要很长的时间，有一种思路就是将文件分为多段，然后使用多线程来操作，每个线程负责其中一段数据的写入；这个有点像我们现实生活当中施工队修路的感觉，比如说修建一条高速公路，单个施工队修筑会很慢，这个时候可以安排多个施工队，每一个施工队负责修建其中一段，最后将他们连接起来。

来看一下实际中空洞文件的两个应用场景：

在使用迅雷下载文件时，还未下载完成，就发现该文件已经占据了全部文件大小的空间，这也是空洞文件；下载时如果没有空洞文件，多线程下载时文件就只能从一个地方写入，这就不能发挥多线程的作用了；如果有了空洞文件，可以从不同的地址同时写入，就达到了多线程的优势；

在创建虚拟机时，你给虚拟机分配了 100G 的磁盘空间，但其实系统安装完成之后，开始也不过只用了 3、4G 的磁盘空间，如果一开始就把 100G 分配出去，资源是很大的浪费。

1.open.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
  // 文件路径：
    //相对路径：1.txt
    //绝对路径：/mnt/hgfs/GZ2203/04 文件IO/01 系统IO/code/1.txt
  int fd; // 文件描述符（操作句柄，文件编号）
  fd = open("1.txt", O_RDWR);
  if(fd == -1)
  {
    perror("open failed");  // 打印错误信息
    return -1;
  }
  printf("open success![%d]\n", fd);
  return 0;
}

2.open_close.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
  // 文件路径：
    //相对路径：1.txt
    //绝对路径：/mnt/hgfs/GZ2203/04 文件IO/01 系统IO/code/1.txt
  int fd; // 文件描述符（操作句柄，文件编号）
  int cnt=1;
  while(1)
  {
    // 打开
    fd = open("1.txt", O_RDWR);
    if(fd == -1)
    {
      perror("open failed");  // 打印错误信息
      return -1;
    }
    printf("open success![%d][%d]\n", fd, cnt++);
    // 关闭
    // close(fd);
  }
  return 0;
}

3.creat.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
  // 文件路径：
    //相对路径：1.txt
    //绝对路径：/mnt/hgfs/GZ2203/04 文件IO/01 系统IO/code/1.txt
  int fd; // 文件描述符（操作句柄，文件编号）
  // 打开
  fd = open("a.txt", O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL, 0644);
  if(fd == -1)
  {
    perror("open failed");  // 打印错误信息
    return -1;
  }
  printf("open success![%d]\n", fd);
  // 关闭
  close(fd);
  return 0;
}

4.write.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
  // 文件路径：
    //相对路径：1.txt
    //绝对路径：/mnt/hgfs/GZ2203/04 文件IO/01 系统IO/code/1.txt
  int fd; // 文件描述符（操作句柄，文件编号）
  // 1.打开（不存在则创建，存在则直接打开）
  fd = open("1.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
  if(fd == -1)
  {
    perror("open failed");  // 打印错误信息
    return -1;
  }
  printf("open success![%d]\n", fd);
  // 2.写入
    // sizeof(str1) ：计算的是指针的大小(64位都是8字节)
  char *str1 = "a";
  int n_write = write(fd, str1, strlen(str1));
  printf("%d write\n", n_write);
  // 关闭
  close(fd);
  return 0;
}

5.read.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
  // 文件路径：
    //相对路径：1.txt
    //绝对路径：/mnt/hgfs/GZ2203/04 文件IO/01 系统IO/code/1.txt
  int fd; // 文件描述符（操作句柄，文件编号）
  // 1.打开
  fd = open("1.txt", O_RDONLY, 0644);
  if(fd == -1)
  {
    perror("open failed");  // 打印错误信息
    return -1;
  }
  printf("open success![%d]\n", fd);
  // 2.读取
  char r_buf[10];
  bzero(r_buf, sizeof(r_buf));
  int n_read = read(fd, r_buf, sizeof(r_buf));
  printf("[%d]: %s\n", n_read, r_buf);
  // 3.关闭
  close(fd);
  return 0;
}

6.lseek偏移

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
  // 文件路径：
    //相对路径：1.txt
    //绝对路径：/mnt/hgfs/GZ2203/04 文件IO/01 系统IO/code/1.txt
  int fd; // 文件描述符（操作句柄，文件编号）
  // 1.打开
  fd = open("1.txt", O_RDWR);
  if(fd == -1)
  {
    perror("open failed");  // 打印错误信息
    return -1;
  }
  printf("open success![%d]\n", fd);
  // 2.写入
  char w_buf[100] = "Lisi";
  int n_write = write(fd, w_buf, strlen(w_buf));
  printf("%d write\n", n_write);
  // 3.文件偏移量修改
  // lseek(fd, -4, SEEK_CUR); // 从当前位置向前偏移4个字节
  lseek(fd, 0, SEEK_SET);   // 从文件开头，不偏移
  // 4.读取
  char r_buf[10];
  bzero(r_buf, sizeof(r_buf));
  int n_read = read(fd, r_buf, sizeof(r_buf));
  printf("read[%d]: %s\n", n_read, r_buf);
  // 5.关闭
  close(fd);
  return 0;
}

7.读写偏移.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
  // 1.打开文件
  int fd;
  fd = open("1.txt", O_RDWR);
  if(fd == -1)
  {
    perror("open failed");
    return -1;
  }
  // 2.输入名字并写入指定位置
  char name[10] = {0};
  printf("Pls Input: ");
  scanf("%s", name); while(getchar()!='\n');
    // 偏移到指定位置并写入
  lseek(fd, 6, SEEK_SET);
  write(fd, name, strlen(name));
  // 3.读取文件内容
    // 偏移到开头并读取
  lseek(fd, 0, SEEK_SET);
  char r_buf[100];
  bzero(r_buf, sizeof(r_buf));
  int n_read = read(fd, r_buf, sizeof(r_buf));
  printf("read(%d): %s\n", n_read, r_buf);
  // 4.关闭文件
  close(fd);
  return 0;
}

8.主函数传参.c

#include <stdio.h>
// 主函数
  // arg:argument形参简称 
  // c:count计数
  // v:varible变量
// int main(int argc, const char *argv[])
int main(int argc, const char **argv)
{
  int i;
  for(i=0; i<argc; i++)
    printf("argv[%d]: %s\n", i, argv[i]);
  return 0;
}

9.ioctl控制蜂鸣器.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
  // 1.打开蜂鸣器
  int beep_fd = open("/dev/beep", O_RDWR);
  if(beep_fd == -1)
  {
    perror("open beep failed");
    return -1;
  }
  // 2.控制蜂鸣器
  int i;
  for(i=0; i<3; i++)
  {
    ioctl(beep_fd, 0, 1); //响
    sleep(1);
    ioctl(beep_fd, 1, 1); //不响
    sleep(1);
  }
  // 3.关闭蜂鸣器
  close(beep_fd);
  return 0;
}

10.dip和dup2复制文件描述符.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
  int fd = open("1.txt", O_RDWR);
  if(fd == -1)
  {
    perror("open failed");
    return -1;
  }
  // 复制文件描述符，由系统分配新的文件描述符（最小、未用）
  int new_fd1 = dup(fd);
  char ch;
  lseek(fd, 0, SEEK_SET);
  read(fd, &ch, 1);
  printf("fd(%d): %c\n", fd, ch);
  lseek(new_fd1, 0, SEEK_SET);
  read(new_fd1, &ch, 1);
  printf("new_fd1(%d): %c\n", new_fd1, ch);
  // 复制文件描述符，自行指定新的文件描述符
  int new_fd2 = dup2(fd, 100);
  lseek(new_fd2, 0, SEEK_SET);
  read(new_fd2, &ch, 1);
  printf("new_fd2(%d): %c\n", new_fd2, ch);
  return 0;
}

day26-系统IO（2022.2.23）

1.文件IO

2.系统IO

3.主函数传参功能

4.系统IO常用函数

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