linux并发服务器 —— 文件IO相关函数（三）

文件IO

以内存为主体，看待输入输出；

标准C库IO函数带有缓冲区，效率较高；

虚拟地址空间

虚拟地址空间是不存在的，一个应用程序运行期间对应一个虚拟地址空间；

虚拟地址空间的大小由CPU决定，位数不同，大小不同；

32位的机器，虚拟地址空间如下所示：

虚拟空间会被逻辑管理单元MMU映射到真实的物理内存；

调用linux系统API（系统调用）对内核区进行操作；

文件描述符

位于进程的内核区，由PCB管理，用于定位文件，通过其实现对文件的操作；

PCB中通过数组管理文件描述符，最大为1024，前三个为0-标准输入、1-标准输出、2-标准错误，默认打开；

标准输入、标准输出、标准错位指向当前同一终端（设备文件）；

不同的文件描述符对应不同的文件，一个文件可以被打开多次，多次打开的文件描述符不同；

文件描述符的分配，去文件描述符表中找最小的没有分配的文件描述符进行分配即可；

Linux系统的IO函数

open打开文件

/*#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>// flags标记 宏定义在前两个头文件// 打开一个已经存在的文件int open(const char *pathname, int flags); 参数：pathname - 文件路径flags - 对文件的操作权限设置和其他设置只读、只写、读写 设置互斥（ O_RDONLY,  O_WRONLY,  or O_RDWR）返回值：返回文件描述符，调用失败返回-1errno:属于Linux系统函数库，库里的全局变量，记录最近的错误号可以通过perror打印errno对应的错误描述// 创建一个新的文件int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
*/#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main(){int fd = open("a.txt" , O_RDONLY);if(fd==-1){perror("open");}// 关闭文件描述符 使其不指向任何文件close(fd);return 0;
}

open创建新文件

/*#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);新参数：flags - 操作权限和其他设置;必选项：操作权限；可选项：O_CREATE 文件不存在创建新文件int类型 32位 每一位都是一个标志位mode - 8进制的数，表示用户对创建出新的文件的操作权限最终权限：mode&~umask（不同用户umask不同，可以改）eg. 0777 - 最高权限  0777&~0002->0775
*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(){//创建新的文件int fd = open("create.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0777);if(fd==-1){perror("open");}close(fd);return 0;
}

read、write函数

/*#include <unistd.h>ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);参数：fd - 文件描述符 open得到 通过文件描述符操作文件buf - 读取数据存放的地方 数组的地址count - 指定数组大小返回值成功 >0 实际读取字节数=0 文件读取完了失败-1 并设置errnossize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);参数：buf - 往磁盘写入的数据count - 要写的数据实际大小
*/#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(){// 1. open开int sfd = open("english.txt" , O_RDONLY);if(sfd==-1){perror("open");return -1;}// 2. 创建新的文件int dfd = open("cpy.txt" , O_WRONLY | O_CREAT , 0664);if(dfd==-1){perror("open");return -1;}// 3. 读写char buf[1024] = {0};int len = 0;while((len = read(sfd, buf, sizeof(buf)))>0){write(dfd , buf , len);}// 4. 关闭文件close(dfd);close(sfd);return 0;
}

lseek函数

/*#include <sys/types.h>#include <unistd.h>off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);参数：fd - 文件描述符offset - 偏移量whence - 指定标记：SEEK_SET设置文件指针偏移量SEEK_CUR从当前位置设置偏移量SEEK_END从文件结尾设置偏移量返回值：文件指针的位置作用：1. 移动文件指针到头文件lseek(fd , 0 , SEEK_SET);2. 获取当前文件指针位置lseek(fd , 0 , SEEK_CUR);3. 获取文件长度lseek(fd , 0 , SEEK_END);4. 拓展文件长度 10b->110blseek(fd , 100 , SEEK_END);
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main(){int fd = open("hello.txt" , O_RDWR);if(fd == -1){perror("open");return -1;}// 扩展文件长度int cnt = lseek(fd , 100 , SEEK_END);if(cnt == -1){perror("lseek");return -1;}// 写入空数据write(fd , " " , 1);close(fd);return 0;
}

stat、lstat函数

/*#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <unistd.h>int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);作用：获取文件相关信息参数：pathname - 操作文件路径statbuf - 结构体变量（传出参数） 用于保存获取到的文件信息返回值：成功 - 0失败 - -1 设置errnoint lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);参数：pathname - 操作文件路径statbuf - 结构体变量（传出参数） 用于保存获取到的文件信息返回值：成功 - 0失败 - -1 设置errno
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int main(){struct stat statbuf;int cnt = stat("a.txt" , &statbuf);if(cnt==-1){perror("stat");return -1;}printf("size: %ld\n" , statbuf.st_size);return 0;
}

stat和lstat的区别在于软链接情况；stat通过软链接查源头文件，lstat不会；

模拟实现ls -l命令

列出当前目录下的文件信息；

// 模拟实现 ls-l指令
// -rw-rw-r-- 1 nowcoder nowcoder 10 8月  28 11:02 a.txt#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <pwd.h>
#include <grp.h>
#include <time.h>
#include <string.h>// argc>=1 - 文件名称
int main(int argc , char* argv[]){// 判断输入参数的正确性if(argc<2){printf("%s filename\n" , argv[0]);return -1;}// 通过stat获取传入文件信息struct stat st;int cnt = stat(argv[1] , &st);if(cnt == -1){perror("stat");return -1;}// 获取文件类型和文件权限char perms[11] = {0}; // 用于保存文件类型和文件权限// 文件类型switch(st.st_mode & __S_IFMT){case __S_IFLNK:perms[0] = 'l';break;case __S_IFDIR:perms[0] = 'd';break;case __S_IFREG:perms[0] = '-';break;case __S_IFBLK:perms[0] = 'b';break;case __S_IFCHR:perms[0] = 'c';break;case __S_IFSOCK:perms[0] = 's';break;case __S_IFIFO:perms[0] = 'p';break;default:perms[0] = '?';break;}// 文件访问权限// 文件所有者perms[1] = (st.st_mode & S_IRUSR)?'r':'-';perms[2] = (st.st_mode & S_IWUSR)?'w':'-';perms[3] = (st.st_mode & S_IXUSR)?'x':'-';// 文件所在组perms[4] = (st.st_mode & S_IRGRP)?'r':'-';perms[5] = (st.st_mode & S_IWGRP)?'w':'-';perms[6] = (st.st_mode & S_IXGRP)?'x':'-';// OTHERSperms[7] = (st.st_mode & S_IROTH)?'r':'-';perms[8] = (st.st_mode & S_IWOTH)?'w':'-';perms[9] = (st.st_mode & S_IXOTH)?'x':'-';// 硬连接数int ln = st.st_nlink;// 文件所有者char* ur =  getpwuid(st.st_uid)->pw_name;// 文件所在组char* grp = getgrgid(st.st_gid)->gr_name;// 文件大小long int filesize = st.st_size;// 获取修改时间char* time  = ctime(&st.st_mtime);char mtime[512] = {0};strncpy(mtime , time , strlen(time) - 1);char buf[1024];printf("%s\n" , argv[0]);sprintf(buf , "%s %d %s %s %ld %s %s" , perms , ln , ur , grp , filesize , mtime , argv[1]);printf("%s\n" , buf);return 0;
}

文件属性操作函数

acess - 判断文件权限

/*#include <unistd.h>int access(const char *pathname, int mode);作用：判断文件是否由每个权限 或文件是否存在参数：pathname - 文件路径mode  F_OK 文件是否存在R_OK 是否有读权限W_OK 是否有写权限X_OK 是否有执行权限返回值成功 - 0失败 - -1
*/#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main(){int ret = access("a.txt" , F_OK);if(ret == -1){perror("access");return -1;}printf("文件存在\n");return 0;
}

chmod - 修改文件权限

/*#include <sys/stat.h>int chmod(const char *pathname, mode_t mode);参数：mode - 需要修改的权限值 八进制rwx返回值：成功 - 0失败 - -1
*/
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
int main(){int ret = chmod("a.txt" , 0775);if(ret == -1){perror("chmod");return -1;}printf("修改成功\n");return 0;
}

chown - 修改文件所有者/所有组

//通过 vim /etc/group 查所属组 和 id
// id 用户名可查uid 和 gid
#include <unistd.h>int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);

truncate - 缩减/扩展文件大小

/*#include <unistd.h>#include <sys/types.h>int truncate(const char *path, off_t length);作用：缩减/扩展文件至指定大小参数：path - 文件路径length - 指定最终文件大小返回值：成功 - 0失败 - -1
*/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>int main(){int ret = truncate("b.txt" , 20);if(ret==-1){perror("truncate");return -1;}printf("修改文件大小成功");return 0;}

目录操作函数

mkdir

/*#include <sys/stat.h>#include <sys/types.h>int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);作用：创建目录参数：pathname - 创建的目录路径mode - 权限 八进制返回值：成功 - 0失败 - -1
*/
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
int main(){int ret = mkdir("aaa" , 0777);if(ret == -1){perror("mkdir");return -1;}printf("创建目录成功\n");return 0;
}

rmdir - 只能删除空目录

rename - 文件的重命名

chdir - 修改当前工作目录

getcwd - 获取当前工作路径

/*#include <unistd.h>int chdir(const char *path);作用：修改进程的工作目录参数：path - 需要修改的工作目录#include <unistd.h>char *getcwd(char *buf, size_t size);作用：获取当前工作目录参数：buf - 存储路径，指向数组size - 数组大小返回值：指向的一块内存 这个数据就是第一个参数*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(){// 获取当前路径char buf[128];getcwd(buf , sizeof(buf));printf("当前工作目录：%s\n" , buf);// 改目录int ret = chdir("/home/nowcoder/linux/lesson13");if(ret == -1){perror("chdir");return -1;}printf("已切换目录\n");int fd = open("chdir.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0664);if(fd == -1){perror("open");return -1;}close(fd);char buf1[128];getcwd(buf1 , sizeof(buf1));printf("当前工作目录：%s\n" , buf1);return 0;
}

目录遍历函数

opendir

readdir

closedir

/*// 打开一个目录#include <sys/types.h>#include <dirent.h>DIR *opendir(const char *name);参数：name - 打开目录名返回值:DIR* - 目录流信息错误返回NULL// 读取目录中的数据#include <dirent.h>struct dirent *readdir(DIR *dirp);参数：dirp - opendir返回的结果返回值：struct dirent * - 读取到的文件信息读到末尾/失败 返回NULL// 关闭目录#include <sys/types.h>#include <dirent.h>int closedir(DIR *dirp);参数：opendir的返回值*/
#define _DEFAULT_SOURCE
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>int getnum(const char* path);
// 读某个目录下所有普通文件的个数
int main(int argc , char *argv[]){if(argc<2){printf("%s path\n" , argv[0]);return -1;}int num = getnum(argv[1]);printf("普通文件个数：%d\n" , num);return 0;
}// 用于获取目录下所有普通文件个数
int getnum(const char* path){// 1. 打开目录DIR* dir = opendir(path);if(dir == NULL){perror("opendir");return -1;}// 2. 读取struct dirent *ptr;// 普通文件个数int tol = 0;while((ptr = readdir(dir))!=NULL){// 获取名称char* dname = ptr->d_name;// 忽略. ..if(strcmp(dname,".")==0 || strcmp(dname,"..")==0){continue;}// 判断是否是普通文件if(ptr->d_type == DT_DIR){// 目录char newpath[256];sprintf(newpath , "%s/%s" , path , dname);tol += getnum(newpath);}if(ptr->d_type == DT_REG){// 普通文件tol++;}}closedir(dir);return tol;
}

dup、dup2函数

dup - 复制文件描述符

/*#include <unistd.h>int dup(int oldfd);作用：复制一个新的文件描述符（指向同一文件）int dup2(int oldfd, int newfd);*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>int main(){int fd = open("a.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0664);int fd1 = dup(fd);if(fd1 == -1){perror("dup");return -1;}printf("fd: %d , fd1: %d\n" , fd , fd1);close(fd);char* str = "hello";int ret = write(fd1 , str , strlen(str));if(ret == -1){perror("write");return -1;}close(fd1);return 0;
}

dup2 - 重定向文件描述符

/*#include <unistd.h>int dup2(int oldfd, int newfd);作用：重定向文件描述符 若newfd被使用 会先关闭在指若oldfd==newfd 不做任何操作
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>int main(){int fd = open("1.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0664);if(fd == -1){perror("open");return -1;}int fd1 = open("2.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0664);if(fd1 == -1){perror("open");return -1;}printf("fd: %d , fd1: %d\n" , fd , fd1);int fd2 = dup2(fd , fd1);if(fd2 == -1){perror("open");return -1;}// 通过fd1写数据char* str = "hello";int len = write(fd1 , str , strlen(str));if(len == -1){perror("write");return -1;}printf("fd: %d , fd1: %d , fd2: %d\n" , fd , fd1 , fd2);close(fd);close(fd1);return 0;
}

fcntl函数

1. 复制文件描述符；2. 设置/获取文件状态标志

/*#include <unistd.h>#include <fcntl.h>int fcntl(int fd, int cmd, ...  );参数：fd - 需要操作的文件描述符cmd - 对文件描述符的操作1. 复制文件描述符 F_DUPFD2. 获取指定文件描述符文件状态flag(同open) F_GETFL3. 设置指定文件描述符文件状态 F_SETFLO_APPEND 追加数据O_NOnBLOCK 设置成非阻塞
*/
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main(){// 复制文件描述符// int fd = open("1.txt" , O_RDONLY);// int ret = fcntl(fd , F_DUPFD);// 2. 修改/获取文件状态标志int fd = open("1.txt" , O_RDWR);if(fd == -1){perror("open");return -1;}// 获取flagint flag = fcntl(fd , F_GETFL);if(flag == -1){perror("fcntl");return -1;}flag |= O_APPEND;// 修改flagint ret = fcntl(fd , F_SETFL , flag);if(ret == -1){perror("fcntl");return -1;}char* str = "nihao";write(fd , str , strlen(str));close(fd);return 0;
}

Node: 一定要注意如果一个文件的权限是只读即使通过fcntl设置了O_APPEND还是不能往文件里写