文件的作用
linux中,一切皆文件(网络设备除外) 硬件设备也“是”文件,通过文件来使用设备 目录(文件夹)也是一种文件
Linux的文件结构
root:该目录为系统管理员(也称作超级管理员)的用户主目录。
bin:bin是Binary的缩写, 这个目录存放着最经常使用的命令。
boot:这里存放的是启动Linux时使用的一些核心文件,包括一些连接文件以及镜像文件。
dev:dev是Device(设备)的缩写, 该目录下存放的是Linux的外部设备,在Linux中访问设备的方式和访问文件的方式是相同的。
etc:所有的配置文件, 所有的系统管理所需要的配置文件和子目录都存放在这里。
home:用户的主目录,在Linux中,每个用户都有一个自己的目录,一般该目录名是以用 户的账号命名的。
var:存放着在不断变化的文件数据,我们习惯将那些经常被修改的目录放在这个目录下。 包括各种日志文件。
lib:这个目录里存放着系统最基本的动态连接共享库,其作用类似于Windows里的DLL文 件。几乎所有的应用程序都需要用到这些共享库。
usr:系统用户工具和程序
– bin:用户命令
– sbin:超级用户使用的比较高级的管理程序和系统守护程序。
– include:标准头文件
– lib:库文件
– src:内核源代码
tmp:用来存放一些临时文件。
media:linux 系统会自动识别一些设备,例如U盘、光驱等等,当识别后,linux会把识别 的设备挂载到这个目录下。
mnt:临时挂载其他文件。
proc: 包含了进程的相关信息。
文件操作方式
- 文件描述符 fd
是一个>=0的整数
每打开一个文件,就创建一个文件描述符,通过文件描述符来操作文件
预定义的文件描述符: 0:标准输入,对应于已打开的标准输入设备(键盘) 1:标准输出,对应于已打开的标准输出设备(控制台) 2 : 标准错误, 对应于已打开的标准错误输出设备(控制台) 多次打开同一个文件,可得到多个不同的文件描述符。
1) 使用底层文件操作(系统调用)
比如:read
可使用man 2 查看
2) 使用I/O库函数
比如:fread
可使用man 3 查看
底层文件操作(关于文件的系统调用)
- write
(1) 用法
man 2 write
(2) 返回值
成功:返回实际写入的字节数
失败:返回 -1, 错误编号设置 errno 可用( strerror(errno) ) 查看
注意:是从文件的当前指针位置写入!
文件刚打开时,文件的位置指针指向文件头
// main1.c #include <errno.h> #include <string.h> int main(void) { int len = 0; char buff[] = "hello world\n"; len = write(1, buff, sizeof(buff)); if (len < 0) { printf("write to stdout failed. reason: %s\n", strerror(errno)); } else { printf("write %d bytes.\n", len); } len = write(2, buff, sizeof(buff)); if (len < 0) { printf("write to stderr failed. reason: %s\n", strerror(errno)); } return 0; }
- read
(1)用法
man 2 read
(2)返回值
大于0 : 实际读取的字节数
0 : 已读到文件尾
-1 :出错
注意:参数3表示最多能接受的字节数,而不是指一定要输入的字节数
实例:main2.c
运行:# ./a.out /* 用户输入回车符时结束输入 /
# ./a.out < main.c / 利用重定向, 使用文件main.c作为输入 */
// main2.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { char buffer[1024]; int cnt = 0; cnt = read(0, buffer, sizeof(buffer)); write(1, buffer, cnt); return 0; }
- open
(1) 用法
main 2 open
(2) 返回值
成功:文件描述符
失败:-1
(3) 打开方式
O_RDONLY 只读
O_WRONLY 只写
O_RDWR 读写
O_CREAT 如果文件不存在,则创建该文件,并使用第3个
参数设置权限,如果文件存在 ,则只打开文件
O_EXCL 如果同时使用O_CREAT而且该文件又已经存在
时,则返回错误, 用途:以防止多个进程同时创建
同一个文件
O_APPEND 尾部追加方式(打开后,文件指针指向文件的末尾)
O_TRUNC 若文件存在,则长度被截为0,属性不变
example: open(“/dev/hello”, O_RDONLY|O_CREAT|O_EXCL, 0777)
(4) 参数3 (设置权限)
当使用O_CREAT时,使用参数3
S_I(R/W/X)(USR/GRP/OTH)
例:
S_IRUSR | S_IWUSR 文件的所有者对该文件可读可写
(八进制表示法)0600 文件的所有者对该文件可读可写
注意:
返回的文件描述符是该进程未打开的最小的文件描述符
// open_demo.c #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define FILE_RW_LEN 1024 int main(void) { int fd = 0; int count = 0; char buffer[FILE_RW_LEN] = "I 'm Martin."; fd = open("./martin.txt", O_CREAT | O_RDWR | O_APPEND | O_TRUNC, S_IRWXU | S_IRGRP | S _IXGRP | S_IROTH); // fd = open("./martin.txt", O_CREAT|O_EXCL|O_RDWR, S_IRWXU|S_IRGRP|S_IXGRP|S _IROTH); if (fd < 0) { printf("open file martin.txt failed. reason: %s\n", strerror(errno)); exit(-1); } count = write(fd, buffer, strlen(buffer)); printf("written: %d bytes.\n", count); close(fd); }
- close
(1) 用法
man 2 close
终止指定文件描述符与对应文件之间的关联,
并释放该文件描述符,即该文件描述符可被重新使用
(2)返回值
成功: 0
失败: -1
实例:
使用read/write实现文件复制
close_demo.c
// close_demo.c #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #define FILE1_NAME "file1.txt" #define FILE2_NAME "file2.txt" int main(void) { int file1, file2; char buffer[4096]; int len = 0; file1 = open(FILE1_NAME, O_RDONLY); if (file1 < 0) { printf("open file %s failed\n, reason: %s\n", FILE1_NAME, strerror(errno)); exit(-1); } file2 = open(FILE2_NAME, O_CREAT | O_WRONLY, S_IRUSR | S_IWUSR); if (file2 < 0) { printf("open file %s failed\n, reason: %s\n", FILE2_NAME, strerror(errno)); exit(-1); } while ((len = read(file1, buffer, sizeof(buffer))) > 0) { write(file2, buffer, len); } close(file2); close(file1); return 0; }
观察耗时
./a.out
time ./a.out
补充:time命令 time命令分别输出: real - 程序总的执行时间、 usr - 该程序本身所消耗的时间、 sys - 系统调用所消耗的时间
- lseek
(1) 用法
man 2 lseek
(2) 返回值
成功:返回新的文件位置与文件头之间偏移
失败: -1
实例:从文件偏移量100的位置拷贝100个字节到另一个文件
lseek_demo.c
// lseek_demo.c #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #define FILE1_NAME "lseek_demo.c" #define FILE2_NAME "lseek_demo_2.c" #define SIZE 100 int main(void) { int file1, file2; char buffer[1024]; int ret; file1 = open(FILE1_NAME, O_RDONLY); if (file1 < 0) { printf("open file %s failed\n", FILE1_NAME); exit(-1); } file2 = open(FILE2_NAME, O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR); if (file2 < 0) { printf("open file %s failed\n", FILE2_NAME); exit(-1); } // file size ret = lseek(file1, 0, SEEK_END); printf("file size: %d\n", ret); ret = lseek(file1, 100, SEEK_SET); printf("lseek ret: %d\n", ret); ret = read(file1, buffer, SIZE); if (ret > 0) { buffer[ret] = '\0'; printf("read[%d]: %s\n", ret, buffer); write(file2, buffer, SIZE); } close(file1); close(file2); return 0; }
- ioctl
ioctl是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理,就是对设备的一些特性进行控制,例如串口的传输波特率、马达的转速等等。是设备驱动程序中设备控制接口函数,用来控制设备.
函数名: ioctl
功 能: 控制I/O设备
用 法: int ioctl(int fd, int cmd,[int *argdx, int argcx]);
参数:fd是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符,cmd是用户程序对设备的控制命令,后面是一些补充参数,一般最多一个,这个参数的有无和cmd的意义相关。
系统调用
标准I/O库
直接使用系统调用的缺点
(1) 影响系统性能
系统调用比普通函数调用开销大
因为,频繁的系统调用要进行用户空间和内核空间的切换
(2) 系统调用一次所能读写的数据量大小,受硬件的限制
解决方案: 使用带缓冲功能的标准I/O库(以减少系统调用次数) /* C语言中的文件操作中已描述 */ 1) fwrite 2) fread 3) fopen 4) fclose 5) fseek 6) fflush
proc文件系统
/proc是一个特殊的文件系统,
该目录下文件用来表示与启动、内核相关的特殊信息
1) /proc/cpuinfo CPU详细信息 2) /proc/meminfo 内存相关信息 3) /proc/version 版本信息 4) /proc/sys/fs/file-max 系统中能同时打开的文件总数 可修改该文件 5) 进程的相关信息 /proc/32689/ 表示指定进程(进程号为32689)的相关信息 6) /proc/devices 已分配的字符设备、块设备的设备号
文件锁
- 并发对文件I/O操作的影响
解决办法?
2)文件锁
用法:man 2 fcntl
头文件:#include <unistd.h> #include <fcntl.h> 函数定义:int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ ); 参数: cmd 取值 F_GETLK, F_SETLK 和 F_SETLKW ,分别表示获取锁、设置锁和同步设置锁. 文件锁的表示 struct flock
// struct flock 结构体说明
struct flock {
short l_type; /*F_RDLCK, F_WRLCK, or F_UNLCK */
off_t l_start; /*offset in bytes, relative to l_whence */
short l_whence; /*SEEK_SET, SEEK_CUR, or SEEK_END */
off_t l_len; /*length, in bytes; 0 means lock to EOF */
pid_t l_pid; /*returned with F_GETLK */
};
l_type: 第一个成员是加锁的类型:只读锁,读写锁,或是解锁。
l_start和l_whence: 用来指明加锁部分的开始位置。
l_len: 是加锁的长度。
l_pid: 是加锁进程的进程id。
举例:
我们现在需要把一个文件的前三个字节加读锁,则该结构体的l_type=F_RDLCK, l_start=0,
l_whence=SEEK_SET, l_len=3, l_pid不需要指定,然后调用fcntl函数时,
cmd参数使F_SETLK.
// #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define FILE_NAME "test.txt" int flock_set(int fd, int type) { printf("pid=%d into...\n", getpid()); struct flock flock; flock.l_type = type; flock.l_whence = SEEK_SET; flock.l_start = 0; flock.l_len = 0; flock.l_pid = -1; fcntl(fd, F_GETLK, &flock); if (flock.l_type != F_UNLCK) { if (flock.l_type == F_RDLCK) { printf("flock has been set to read lock by %d\n", flock.l_pid); } else if (flock.l_type == F_WRLCK) { printf("flock has been set to write lock by %d\n", flock.l_pid); } } flock.l_type = type; if (fcntl(fd, F_SETLKW, &flock) < 0) { printf("set lock failed!\n"); return -1; } switch (flock.l_type) { case F_RDLCK: printf("read lock is set by %d\n", getpid()); break; case F_WRLCK: printf("write lock is set by %d\n", getpid()); break; case F_UNLCK: printf("lock is released by %d\n", getpid()); break; default: break; } printf("pid=%d out.\n", getpid()); return 0; } int main(void) { int fd; fd = open(FILE_NAME, O_RDWR | O_CREAT, 0666); if (fd < 0) { printf("open file %s failed!\n", FILE_NAME); } // flock_set(fd, F_WRLCK); flock_set(fd, F_RDLCK); getchar(); flock_set(fd, F_UNLCK); getchar(); close(fd); return 0; }