linux系統程式設計之檔案與IO（一）：檔案描述符、open，close

mickole發表於2013-07-09
Linux程式設計
  1. 什麼是IO？
  • 輸入/輸出是主存和外部裝置之間拷貝資料的過程

          裝置->記憶體（輸入操作）

           記憶體->裝置（輸出操作）

  • 高階I/O

          ANSI C提供的標準I/O庫稱為高階I/O，通常也稱為帶緩衝的I/O

  • 低階I/O

          通常也稱為不帶緩衝的I/O

2. 檔案描述符：fd

  • 對於Linux而言，所有對裝置或檔案的操作都是通過檔案描述符進行的。
  • 當開啟或者建立一個檔案的時候，核心向程式返回一個檔案描述符（非負整數）。後續對檔案的操作只需通過該檔案描述符，核心記錄有關這個開啟檔案的資訊。
  • 一個程式啟動時，預設開啟了3個檔案，標準輸入、標準輸出、標準錯誤，對應檔案描述符是0（STDIN_FILENO）、1（STDOUT_FILENO）、2（STDERR_FILENO）,這些常量定義在unistd.h標頭檔案中。C庫函式中與之對應的是：stdin,stdout,stderr,不過這三個是FILE指標型別。

3.檔案描述符與檔案指標相互轉換

可以通過以下兩個函式實現：

  • fileno：將檔案指標轉換為檔案描述符

            #include <stdio.h>

            int fileno(FILE *stream)

測試程式：

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

int main(void)
{
    printf("fileno(stdin) = %d\n", fileno(stdin));
    printf("fileno(stdout) = %d\n", fileno(stdout));
    printf("fileno(stderr) = %d\n", fileno(stderr));
    return 0;
}
測試結果：
QQ截圖20130710112307
  • fdopen：將檔案描述符轉換為檔案指標

#include <stdio.h>

        FILE *fdopen(int fd, const char *mode)    //mode :r,w,r+,w+,a,a+

4.檔案系統呼叫

  • open系統呼叫

有幾種方法可以獲得允許訪問檔案的檔案描述符。最常用的是使用open（）（開啟）系統呼叫

函式原型

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

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

引數

path ：檔案的名稱，可以包含（絕對和相對）路徑

flags：檔案開啟模式

mode：用來規定對該檔案的所有者，檔案的使用者組及系 統中其他使用者的訪問許可權

返回值

開啟成功，返回檔案描述符；

開啟失敗，返回－1

檔案開啟方式：

 

QQ截圖20130709224005

O_EXCL表示：當O_EXCL|O_CREAT時，若檔案存在，則開啟失敗，不存在，則開啟成功

訪問許可權：

QQ截圖20130709224029

open系統呼叫的幾點說明：

可以利用按位邏輯加(bitwise-OR)(|)對開啟方式的標誌值進行組合。

如開啟一個新檔案：

＃define NEWFILE  (O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC)

對訪問許可權位進行訪問所用到的識別符號，均可以通過

＃include <sys/stat.h> 訪問到,同樣可以通過|運算來對訪問許可權進行組合也可以直接給出數字表示如0655

#define MODE755 (S_IRWXU|S_IRGRP|S_IXGRP|S_IROTH|S_IXOTH)

注：檔案的訪問許可權是根據：umask&~mode得出來的，例如umask=0022,mode = 0655 則訪問許可權為：644

測試程式：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>


#define ERR_EXIT(m) \
    do \
    { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

int main(void)
{
    umask(0);
    int fd;
    fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
    if (fd == -1)
        ERR_EXIT("open error");

    printf("open succ\n");
    return 0;
}

測試結果一：採用預設的umask值

 QQ截圖20130710113500

測試結果二：重新設定umask值

QQ截圖20130710113508

    • close系統呼叫

為了重新利用檔案描述符，用close()系統呼叫釋放開啟的檔案描述符

函式原型：

#include <unistd.h>

int close(int fd);

函式引數：

-fd ：要關閉的檔案的檔案描述符

返回值

如果出現錯誤，返回-1

呼叫成功返回0

注：若沒有顯示呼叫close（），當程式退出時也會關閉檔案

    • creat系統呼叫

為了維持與早期的UNIX系統的向後相容性，Linux也提供可選的建立檔案的系統呼叫，它稱為creat()。現代的linux核心很少採用creat建立檔案，因為open可以完成建立功能

函式原型：

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

引數

path ：檔案的名稱，可以包含（絕對和相對）路徑

mode: 用來規定對該檔案的所有者，檔案的使用者組及系 統中其他使用者的訪問許可權

返回值

開啟成功，返回檔案描述符；

開啟失敗，返回－1

 

       在UNIX的早期版本中，open()系統呼叫僅僅存在兩個引數的形式。如檔案不存在，它就不能開啟這些檔案。檔案的建立則由單獨的系統呼叫creat()完成。在Linux及所有UNIX的近代版本中，creat()系統呼叫是多餘的。

creat()呼叫

fd = creat(file, mode)；

完全等價於近代的open()呼叫

fd = open(file, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)；

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