Linux系统调用文件操作

Linux中缓存IO的概念：

缓存IO机制中，操作系统会将 I/O 的数据缓存在文件系统的页缓存（ page cache ）中，IO输入输出的数据会先被拷贝到操作系统内核的缓冲区中，然后才会从操作系统内核的缓冲区拷贝到应用程序的地址空间。

这种机制的

优点

显而易见：

缓存 I/O 使用了操作系统内核缓冲区，在一定程度上分离了应用程序空间和实际的物理

设备
因为我们的数据被缓存到了页缓存中，所以缓存 I/O 可以减少读盘的次数，直接从页缓存中获取数据，从而提高性能。

缺点

：

不能直接在应用程序地址空间和磁盘之间进行数据传输，数据拷贝操作所带来的 CPU 以及内存开销是非常大。

Linux系统调用中关于文件的操作，需要包含一些头文件：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

这些头文件中包含了打开，关闭，创建，读文件，写文件的函数，还有标志位，以及一些宏变量定义。具体需要包含的头文件可以使用man查找帮助。

1、文件描述符

文件描述符是一个非负整数。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。当读、写一个文件时，用
open
或
creat
返回的文件描述符标识该文件，将其作为参数传送给
read
或
write
。

2、open函数

open函数存在两个函数原型，

函数原型1：

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

返回值：若成功为文件描述符，出错返回-1

参数说明：
pathname
即为需要打开的文件名，可以包含文件路径

oflag
参数可用来说明此函数的多个选择项。用下列一个或多个常数进行或运算构成
oflag
参数(这些常数定义在< fcntl.h >头文件中)：

O_RDONLY
只读打开。
O_WRONLY
只写打开。
O_RDWR
读、写打开。

上面的这三个参数是打开方式，只指定一个。

还可以搭配下面的参数：
O_APPEND
追加到文件末端。
O_TRUNC
如果此文件存在，而且为只读或只写成功打开，则将其长度截短为 0。
O_CREAT
若此文件不存在则创建它。使用此选择项时，需同时说明第三个参数
mode
，用其说明该新文件的存取许可权位。
O_EXCL
如果同时指定了
O_ CREAT
，而文件已经存在，则出错。这可测试一个文件是

否存在，如果不存在则创建此文件成为一个原子操作。

例如，使用
open
函数创建并打开一个文件：

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

函数原型2：

int open(const char *path, int oflags,mode_t mode);

当我们使用open打开并且创建一个不存在的文件时才会使用原型2，mode参数是为创建的文件添加的权限，可以取值如下：

在这里插入图片描述

其实也可以使用数字组合作为
mode
的值，使用
0777
即为赋予全部权限。

3、creat函数

创建一个新文件

函数原型：

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

参数说明：

mode
文件的权限，具体可以参考
open
函数。

返回值：若成功为文件描述符，出错返回-1

4、close函数

关闭一个已经打开的文件

需要包含
#include <unistd.h>
头文件，原型：

int close (int filedes)；

返回：若成功为 0，若出错为- 1

filedes
为已打开的文件描述符。

5、lseek函数

lseek
函数可以设置当前文件位移量，定位打开的文件。原型：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence) ;

返回：若成功为新的文件位移，若出错为- 1。

filedes
为文件描述符

offset
为偏移量吗，与
whence
相关

whence
说明：

• 若whence是
SEEK_SET
，则将该文件的位移量设置为

距文件开始处

offset 个字节。

• 若whence是
SEEK_CUR
，则将该文件的位移量设置为

其当前值加offset

, offset可为正或负。

• 若whence是
SEEK_END
，则将该文件的位移量设置为

文件长度加offset

, offset可为正或负。

6、read函数

read函数从打开的文件中读数据。

ssize_t read(int fd，void *buf,size_t len)

参数说明：

buf
：读取文件后存放数据的地址

len：读取的字节大小

返回值：读到的字节数，若已到达文件尾，返回0；出错返回-1。

7、write函数

 ssize_t write(int fd，const void *buf,size_t count)

参数说明：

buf
：为需要写入数据

count
：写入的数据的大小，单位字节

返回值
：若成功返回已写的字节数，出错返回-1。

综合代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

char buf[] = "hello file!";
char buf1[] = "set offset!\n";

int main(int argc, char **argv)
{
    int i;
    int fd;
    if(argc<2)
    {
        printf("no filename to creat!");
    }
    else 
    {
        for(i=1;i<argc;i++)
        {
            if((fd=open(argv[i], O_CREAT|O_RDWR, 777))==-1)
            {
                printf("creat %s failed!\n",argv[i]);           
            }
            else 
            {
                printf("%s creat success!\n",argv[i]);
                if(write(fd, buf, sizeof(buf))>=0)
                {
                    printf("write success!\n");
                    if(lseek(fd, 20, SEEK_SET)>=0)
                    {
                        printf("set offset success!\n");
                        if(write(fd, buf1, sizeof(buf1))>=0)
                        {
                            printf("rewrite success!\n");
                        }
                        close(fd);
                    }                   
                }else{
                    printf("write failed!\n");
                }
            }
        }    
    }
    exit(0);
}

根据main函数传入的参数，先
open
创建并以读写方式打开一个文件，创建成功后写入
"hello file!"
，然后
lseek(fd, 20, SEEK_SET)
设置当前文件偏移量距开始处20，再次写入
set offset success!\n
，结果如下：

在这里插入图片描述

可以看到已经生成了hello.c和a.txt了，内容与我们期望的一致，在开头偏移20处写入了
set offset!\n
。

hello.c和a.txt写入的内容完全一致。

示例2，简单的创建文件并且进行读写：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

char *test_string = "import me!\n";
//不能使用字符串常量，否则无法读出数据存入buf
char user_buf1[] = {0};
char user_buf2[]= {0};

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd1, fd2;
    int count;
    int size;
    
    printf("sizeof(test_string) = %d\n", (int)sizeof(test_string));
    printf("strlen(test_string) = %d\n", (int)strlen(test_string));

    /*/home/boy/Unix/*/
    if((fd1 = creat("main.py", 0777)) != -1)
    { 
        count = write(fd1, test_string, 11);//sizeof(test_string)
        if(count < 0)
        {
            printf("write main.py failed!\r\n");
            return -1;
        }
        //close(fd1);
        printf("write main.py success!\n");
        fd1 = open("main.py", O_RDWR); //需要再次打开文件才能读 
        if((count = read(fd1, user_buf1, 11)) == -1)
        {
            printf("read main.py failed!\r\n");
            return -1;
        }
        printf("userbuf1 = %s\n", user_buf1);
        close(fd1);
   } 

   if((fd2 = open("haha.c", O_RDWR | O_CREAT, 0777)) > 0)
   {
        printf("haha.c creat success!\n");
        if((count = read(fd2, user_buf2, sizeof("hello file\n")) < 0 ))
        {
            printf("read haha.c failed!\n");    
            return -1;
        }
        printf("user_buf2 = %s\n", user_buf2);
        close(fd2);
   }
   exit(0);
}

首先从文件
creat
创建文件
main.py
，然后向其写入，写入之后需要重新打开，才能进行读操作，获取文件内容进行验证，接着打开已经存在的文件
haha.c
，读取文件内容，进行验证，haha.c内容如下：

在这里插入图片描述

执行结果：

在这里插入图片描述

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_41790078/article/details/104700232

Linux中缓存IO的概念：

1、文件描述符

2、open函数

3、creat函数

4、close函数

5、lseek函数

6、read函数

7、write函数

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