【Linux C編程】第七章 系統(tǒng)IO函數(shù)2

一、整體大綱

二、 系統(tǒng)IO函數(shù)

1. 一些概念

文件描述符

PCB

C庫(kù)函的IO緩沖區(qū)

1）?文件描述符

int 類(lèi)型

一個(gè)進(jìn)程最多可打開(kāi)多少文件

2）?pcb

進(jìn)程控制塊

在其中有一個(gè)文件描述符表 -- 數(shù)組[1024]

C庫(kù)IO函數(shù)工作流程：

pcb和文件描述符：

2. 虛擬地址空間

虛擬地址空間就是程序啟動(dòng)起來(lái)之后從硬盤(pán)上會(huì)有一塊虛擬內(nèi)存分配出來(lái)。

cpu 為什么要使用虛擬地址空間與物理地址空間映射？解決了什么樣的問(wèn)題？

1）方便編譯器和操作系統(tǒng)安排程序的地址分布。

程序可以使用一系列相鄰的虛擬地址來(lái)訪(fǎng)問(wèn)物理內(nèi)存中不相鄰的大內(nèi)存緩沖區(qū)。通過(guò)虛擬地址空間與物理地址空間映射解決不連續(xù)的緩沖區(qū)的問(wèn)題。

2）方便進(jìn)程之間隔離

不同進(jìn)程使用的虛擬地址彼此隔離。一個(gè)進(jìn)程中的代碼無(wú)法更改正在由另一進(jìn)程使用的物理內(nèi)存。

3）方便OS使用你那可憐的內(nèi)存。

程序可以使用一系列虛擬地址來(lái)訪(fǎng)問(wèn)大于可用物理內(nèi)存的內(nèi)存緩沖區(qū)。當(dāng)物理內(nèi)存的供應(yīng)量變小時(shí)，

內(nèi)存管理器會(huì)將物理內(nèi)存頁(yè)（通常大小為 4 KB）保存到磁盤(pán)文件。數(shù)據(jù)或代碼頁(yè)會(huì)根據(jù)需要在物理內(nèi)存與磁盤(pán)之間移動(dòng)。

虛擬地址空間的布局如下：

0-3G是用戶(hù)空間? ? ? ? 3-4G是內(nèi)核空間

用戶(hù)區(qū)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 內(nèi)核區(qū)

代碼段

已經(jīng)初始化的全局變量

未被初始化的全局變量

堆 -- 從下往上

共享庫(kù)

棧 - 從上往下

環(huán)境變量

內(nèi)核區(qū)

3. C庫(kù)函數(shù)與系統(tǒng)函數(shù)的關(guān)系

FD：文件描述符 FP_POS:文件指針 BUFFER：緩沖區(qū)

write對(duì)0-3G的用戶(hù)空間進(jìn)行操作 sys_write()對(duì)3-4G的內(nèi)核空間進(jìn)行操作

4. IO函數(shù)介紹

1）open

查看 man 2 open

頭文件：

#include #include #include

函數(shù)原型：

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

參數(shù)說(shuō)明

pathname 文件名

flags

必選項(xiàng)：

O_RDONLY 只讀

O_WRONLY 只寫(xiě)

O_RDWR 讀寫(xiě)

可選項(xiàng)：

O_APPEND 追加

O_CREAT 創(chuàng)建文件

O_EXCL和O_CREATE一起使用，如果文件存在則報(bào)錯(cuò)

O_NONBLOCK 非阻塞

Mode 權(quán)限位，最終（mode&~umask）

返回值：

成功：返回最小的可用文件描述符

失敗：返回-1，并且設(shè)置errno

open函數(shù)中的errno：

使用open實(shí)現(xiàn)一個(gè)touch功能

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9 if (argc != 2) 10 { 11 printf("./a.out filename\n") 12 return -1 13 } 14 int fd = open(argv[1], O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, 0666); 15 close(fd); 16 17 return 0; 18 }

一個(gè)進(jìn)程打開(kāi)的最大文件數(shù)（1024）

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 #include 7 8 int main(int argc, char *argv[]) 9 { 10 int num = 3; 11 char filename[128] = {0}; 12 while(1) 13 { 14 sprintf(filename, "temp_%04d", num++); 15 if (open(filename, O_RDONLY|O_CREAT, 0666) < 0) 16 { 17 perror("open err:"); 18 break; 19 } 20 } 21 printf("num == %d\n", num); 22 23 return 0; 24 }

2）close

作用：關(guān)閉文件描述符

頭文件：

#include

函數(shù)原型：

int close(int fd);

參數(shù)說(shuō)明：

fd文件描述符

返回值：

成功：返回0

失敗：返回-1，并且設(shè)置errno

3）read讀

頭文件

#include

函數(shù)原型

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

參數(shù)說(shuō)明

fd 文件描述符

buf緩沖區(qū)

count緩沖區(qū)大小

返回值

失敗：返回-1，設(shè)置errno

成功：返回讀到的字節(jié)數(shù)

0代表讀到文件末尾

非阻塞的情況下read返回-1，但是此時(shí)需要判斷error的值。

4）write寫(xiě)

頭文件

#include

函數(shù)原型

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

參數(shù)說(shuō)明：

fd文件描述符

buf緩沖區(qū)

count緩沖區(qū)大小

返回值

失敗：返回-1，設(shè)置errno

成功：返回寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)

0代表未寫(xiě)入

實(shí)現(xiàn)一個(gè)cat功能

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9 if (argc != 2) 10 { 11 printf("./a.out filename\n") 12 return -1 13 } 14 int fd = open(argv[1], O_RDONLY); 15 char buf[256] = {0}; 16 int ret = 0; 17 while ((ret = read(fd, buf, ziseof(buf))) != 0) 18 { 19 if (ret == -1) 20 { 21 perror("read err:"); 22 return -1; 23 } 24 else 25 { 26 write(STDOUT_FILENO, buf, ret); 27 } 28 } 29 30 close(fd); 31 32 return 0; 33 }

需求：給一個(gè)文件中寫(xiě)入內(nèi)容，寫(xiě)完之后打開(kāi)該文件再讀取寫(xiě)入的內(nèi)容？

bug版本

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9 if (argc != 2) 10 { 11 printf("./a.out filename\n"); 12 return -1; 13 } 14 int fd = open(argv[1], O_RDWR|O_CREAT, 0666); 15 16 char data[12] = "hello world"; 17 write(fd, data, sizeof(data)); 18 19 char buf[256] = {0}; 20 int ret = 0; 21 while ((ret = read(fd, buf, sizeof(buf))) != 0) 22 { 23 if (ret == -1) 24 { 25 perror("read err:"); 26 return -1; 27 } 28 else 29 { 30 write(STDOUT_FILENO, buf, ret); //STDIN_FILENO, STDERR_FILENO 31 } 32 } 33 34 close(fd); 35 36 return 0; 37 }

結(jié)果：內(nèi)容寫(xiě)入到文件中，但是并未按預(yù)期輸出到屏幕上。

原因：是由于write完成之后，fd到了文件末尾，因此read時(shí)到了文件末尾，無(wú)法讀取文件數(shù)據(jù)

解決方法：寫(xiě)完之后將文件指針設(shè)置到文件開(kāi)頭，使用請(qǐng)看下文要介紹的lseek函數(shù)。

5）lseek寫(xiě)

頭文件

#include #include

函數(shù)原型

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

參數(shù)說(shuō)明

fd文件描述符

offset偏移量

whence：

SEEK_SET 文件開(kāi)始位置

SEEK_CUR 文件當(dāng)前位置

SEEK_END 文件結(jié)尾

返回值

失敗：返回-1，設(shè)置errno

成功：返回當(dāng)前位置到文件開(kāi)頭的長(zhǎng)度

lseek作用

移動(dòng)文件讀寫(xiě)位置

計(jì)算文件大小

拓展文件

示例：

a.?移動(dòng)文件讀寫(xiě)位置

修改上例的bug（寫(xiě)入文件內(nèi)容并讀取文件內(nèi)容打印到屏幕）

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9 if (argc != 2) 10 { 11 printf("./a.out filename\n"); 12 return -1; 13 } 14 int fd = open(argv[1], O_RDWR|O_CREAT, 0666); 15 16 char data[12] = "hello world"; 17 write(fd, data, sizeof(data)); 18 //文件讀寫(xiě)位置此時(shí)在末尾 19 //需要移動(dòng)讀寫(xiě)位置 20 lseek(fd, 0, SEEK_SET); //將fd移動(dòng)到文件頭 21 22 char buf[256] = {0}; 23 int ret = 0; 24 while ((ret = read(fd, buf, sizeof(buf))) != 0) 25 { 26 if (ret == -1) 27 { 28 perror("read err:"); 29 return -1; 30 } 31 else 32 { 33 write(STDOUT_FILENO, buf, ret); //STDIN_FILENO, STDERR_FILENO 34 } 35 } 36 37 close(fd); 38 39 return 0; 40 }

b.?計(jì)算文件大小

計(jì)算文件大小（輸出文件字節(jié)數(shù)）

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9 if (argc != 2) 10 { 11 printf("./a.out filename\n"); 12 return -1; 13 } 14 int fd = open(argv[1], O_RDONLY); 15 16 int ret = lseek(fd, 0, SEEK_END); //將fd移動(dòng)到文件頭 17 printf("file size is %d\n", ret); //注意實(shí)際讀到的文件大小為ret-1 18 19 close(fd); 20 21 return 0; 22 }

c.?拓展文件

拓展文件

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9 if (argc != 2) 10 { 11 printf("./a.out filename\n"); 12 return -1; 13 } 14 int fd = open(argv[1], O_WRONLY|O_CREAT, 0666); 15 //拓展文件 16 int ret = lseek(fd, 1024, SEEK_END); //將fd移動(dòng)到文件頭 17 //需要至少寫(xiě)一次，否則不能保存 18 write(fd, "a", 1); 19 printf("file size is %d\n", ret); 20 21 close(fd); 22 23 return 0; 24 }

阻塞的概念：

read函數(shù)在讀設(shè)備或者讀管道，或者讀網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候。

輸入輸出設(shè)備對(duì)應(yīng)的/dev/tty。

6）fcntl

頭文件

#include #include

函數(shù)原型

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

參數(shù)說(shuō)明：

fd文件描述符

cmd 命令

返回值

不同的cmd返回值不同

使用fcntl函數(shù)實(shí)現(xiàn)讀非阻塞

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 7 int main(int argc, char *argv[]) 8 { 9 //O_NONBLOCK設(shè)置為非阻塞 10 int fd = open("/dev/tty", O_RDWR); 11 //fcntl()函數(shù)，設(shè)置非阻塞 12 int flags = fcntl(fd, F_GETFL); 13 flags |= O_NONBLOCK; 14 fcntl(fd, F_SETFL, flags); 15 16 char buf[256] = {0}; 17 int ret = 0; 18 while(1) 19 { 20 //如果沒(méi)有設(shè)置O_NONBLOCK 21 ret = read(fd, buf, sizeof(buf)); 22 if (ret < 0) 23 { 24 perror("read err:"); 25 printf("ret is %d\n", ret); 26 } 27 28 if (ret) 29 { 30 printf("buf is %s\n", buf); 31 } 32 printf("haha\n"); 33 sleep(1); 34 } 35 close(fd); 36 37 return 0; 38 }

C 語(yǔ)言 Linux

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