Linux 文件IO管理 - POSIX

2023-08-16 16:23:22

以下是对POSIX的简短解释：

POSIX表示可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX，缩写为 POSIX ），POSIX标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准，是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行的软件而定义的一系列API标准的总称，其正式称呼为IEEE 1003，而国际标准名称为ISO/IEC 9945

POSIX标准意在期望获得源代码级别的软件可移植性。换句话说，为一个POSIX兼容的操作系统编写的程序，应该可以在任何其它的POSIX操作系统（即使是来自另一个厂商）上编译执行

1. 创建 / 打开 / 关闭文件

1). 打开文件 / open

作用：

打开一个文件，并返回文件描述符
头文件：
    #include <fcntl.h>
函数原型：
    int open(const char *file_name, int flags)

    int open(const char *file_name, int flags, mode_t mode)
参数：
file_name: 欲打开的文件名(可包含路径)

mode: 创建文件的权限( mode & ~umask)

flags：

flags	description
O_RDONLY	只读
O_WRONLY	只写
O_RDWR	读写
O_CREAT	若欲打开的文件不存在，则创建该文件 (需要用到第三个参数mode)
O_APPEND	追加的方式打开(定位到文件尾部)
O_TRUNC	截取一定长度
O_EXCL	若O_CREAT也设置，此指令检查文件是否存在：若不存在则建立新文件；若存在则报错
O_LARGEFILE	在32bit系统中，支持大于2G的文件的打开
O_DIRECTORY	若打开的文件不是目录，则报错

返回值：

成功：返回文件描述符fd

失败：-1

2). 关闭文件 / close

作用：

关闭一个文件
头文件：
    #include <unistd.h>
函数原型：
    int close(int fd)
参数：
fd: 欲关闭的文件描述符

返回值：

成功：返回文件描述符fd

失败：-1

3). 创建文件 / creat

作用：

创建一个文件，并返回文件描述符
头文件：
    #include <fcntl.h>
函数原型：
    int creat(const char *pathname, mode_t mode)
参数：
pathname: 欲打开的文件名(可包含路径)

mode: 创建文件的权限( mode & ~umask)

返回值：

成功：返回文件描述符fd

失败：-1

2. 文件读/写

1). 读 / read

作用：

读取文件内容，并返回实际读取到的字节数
头文件：
    #include <unistd.h>
函数原型：
    ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)
参数：
fd: 读取的文件的文件描述符

buf: 暂存区(暂时存储读取到的文件内容)

count: 读取的字节数

返回值：

成功：读取的文件字节数(若返回值小于count,可能是读取到了EOF或者出错)

失败：-1

说明:

ssize_t其实为int

2). 写 / write

作用：

向文件中写入一定的内容，并返回实际写入文件的字节数
头文件：
    #include <unistd.h>
函数原型：
    ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count)
参数：
fd: 写入的文件的文件描述符

buf: 暂存区(将该暂存区的内容写入到文件)

count: 写入的字节数

返回值：

成功：实际写入到文件的字节数

失败：-1

3. 文件定位

1). 修改文件读写位置 / lseek

作用：

修改文件的读写位置，并返回当前文件指针所在的位置
头文件：
    #include <sys/types.h>

    #include <unistd.h>
函数原型：
    off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)
参数：
fd: 写入的文件的文件描述符

offset: 相对于第三个参数whence的偏移量

whence:

whence	description
SEEK_SET	文件开始位置
SEEK_CUR	文件当前指针位置
SEEK_END	文件结束位置

返回值：

成功：文件指针相对开始位置的偏移量(bytes)

失败：-1

4. 文件映射

1). 文件映射到内存 / mmap

作用：

将某特定文件映射到内存，使得进程可以像读写内存一样对文件进行读写操作
头文件：
    #include <sys/mman.h>
函数原型：
    void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset)

    int munmap(void *addr, size_t length)
参数：
addr: 文件映射的内存地址，一般为NULL,由操作系统决定映射的起始地址

length: 映射的文件内容的长度

fd: 文件描述符

offset: 文件指针的偏移量，即在何处开始文件的映射

prot: 内存的读写状态

prot	description
PROT_READ	允许读该内存段
PROT_WRITE	允许写该内存段
PROT_EXEC	允许执行该内存段
PROT_NONE	该内存段不可被访问

flags:

flags	descripion
MAP_PRIVATE	内存私有，其它进程不可见
MAP_SHARED	共享内存，该进程的内存的更新对其它进程可见

返回值：

成功：文件指针相对开始位置的偏移量(bytes)

失败：-1

5. 锁定/解锁文件

1). 锁定解锁文件 / fcntl & flock

作用：

多进程对同一个文件进行操作时，可能对导致文件破坏；为了避免该问题，采用文件锁定的方式，即一个时间段内，只允许一个进程对文件进行操作
头文件：
    #include <unistd.h>

    #include <fcntl.h>

    #include <sys/file.h>   //for flock
函数原型：
    int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ )  //可对文件进行局部锁定

    int flock(int fd, int operation)    //锁定整个文件
参数：
fd: 文件描述符

operation: 映射的文件内容的长度

operation	description
LOCK_SH	共享锁，多个进程可在同一时间内对该文件进行操作
LOCK_EX	互斥锁定，任何两个进程不可同时对该文件进行操作
LOCK_UN	解除文件锁定状态
LOCK_NB	无法建立锁定时，不被阻塞，立即返回给进程

cmd:

cmd	description
F_DUPFD	复制文件描述符
F_GETFD	获取与文件描述符相关联的close-on-exec
F_SETFD	将与文件描述符相关联的close-on-exec设置为第3个参数
F_GETFL	获取文件的状态标志与访问模式
F_SETFL	将文件状态标志设置为第3个参数

返回值：

成功：依赖于操作

失败：-1

6. 文件信息 / stat

作用：

通过文件名获取文件的信息，包括文件类型、访问权限、节点、总大小等

头文件

    #include <sys/stat.h>

    #include <sys/types.h>

函数原型：

  int stat(const char *file_name, struct stat *buf)

参数：

file_name: 文件路径名，可为绝对路径和相对路径(相对程序执行的目录)

buf: 为struct stat指针

      struct stat {

          dev_t     st_dev;     /* ID of device containing file */

          ino_t     st_ino;     /* inode number */

          mode_t    st_mode;    /* file type & mode */

          nlink_t   st_nlink;   /* number of hard links */

          uid_t     st_uid;     /* user ID of owner */

          gid_t     st_gid;     /* group ID of owner */

          dev_t     st_rdev;    /* device ID (if special file) */

          off_t     st_size;    /* total size, in bytes */

          blksize_t st_blksize; /* blocksize for file system I/O */

          blkcnt_t  st_blocks;  /* number of 512B blocks allocated */

          time_t    st_atime;   /* time of last access */

          time_t    st_mtime;   /* time of last modification */

          time_t    st_ctime;   /* time of last status change */

      };

 st_mode定义了以下几种情况：

     S_IFMT   0170000    //文件类型的位遮罩

     S_IFSOCK 0140000    //scoket

     S_IFLNK 0120000     //符号连接

     S_IFREG 0100000     //一般文件

     S_IFBLK 0060000     //区块装置

     S_IFDIR 0040000     //目录

     S_IFCHR 0020000     //字符装置

     S_IFIFO 0010000     //先进先出

     S_ISUID 04000     //文件的(set user-id on execution)位

     S_ISGID 02000     //文件的(set group-id on execution)位

     S_ISVTX 01000     //文件的sticky位

     S_IRUSR 00400     //文件所有者具可读取权限

     S_IWUSR 00200     //文件所有者具可写入权限

     S_IXUSR 00100     //文件所有者具可执行权限

     S_IRGRP 00040    //用户组具可读取权限

     S_IWGRP 00020    //用户组具可写入权限

     S_IXGRP 00010    //用户组具可执行权限

     S_IROTH 00004    //其它户具可读取权限

     S_IWOTH 00002    //其它用户具可写入权限

     S_IXOTH 00001    //其它用户具可执行权限

 Linux定义了以下几个宏，用于测试st_mode的类型：

     S_ISLNK (st_mode)    //判断是否为符号连接

     S_ISREG (st_mode)    //是否为一般文件(字符文件与二进制文件)

     S_ISDIR (st_mode)    //是否为目录

     S_ISCHR (st_mode)    //是否为字符装置文件

     S_ISBLK (s3e)        //是否为先进先出

     S_ISSOCK (st_mode)   //是否为socket

 Return True(1) or False(0)

返回值：

成功：0

失败：-1

失败原因：见errno.

相似函数：

    int fstat(int fd, struct stat *buf)             //同stat（第一个参数为文件描述符）

    int lstat(const char *file_name, struct stat *buf)  //同stat(),只是若为符号链接文件，是链接本间，而非实际的文件

码农公寓

1. 创建 / 打开 / 关闭文件

1). 打开文件 / open

2). 关闭文件 / close

3). 创建文件 / creat

2. 文件读/写

1). 读 / read

2). 写 / write

3. 文件定位

1). 修改文件读写位置 / lseek

4. 文件映射

1). 文件映射到内存 / mmap

5. 锁定/解锁文件

1). 锁定解锁文件 / fcntl & flock

6. 文件信息 / stat

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