Linux 文件IO管理 - POSIX

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
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