当前位置：首页 > news >正文

Linux 学习笔记（十五）—— 基础IO

news 来源：原创 2024/9/29 18:21:26

引子：

文件 = 内容 + 属性
文件分为：打开的文件（进程打开）、没打开的文件（存储在磁盘中）
打开的文件一定在内存中，因为CPU只能和内存进行互动。如果要管理打开的文件，那么必定存在包含文件属性等信息的文件结构体；

一、C语言文件接口回顾

#include <stdio.h> —— 标准输入/输出头文件

FILE * fopen(const char* path, const char* mode); —— 打开文件，返回文件指针，输入文件路径（如果只有文件名，默认为当前进程的当前路径cwd），打开方式”w“,"r","a"等；

如果以"w"方式打开，如果路径下该文件不存在，会自动创建这个文件，并且会清空该文件从头开始写； —— 本质上和输出重定向">"是一样的；
改变工作路径"#include<unistd.h> int chdir(const char * path)"
"a"：(writing at end of file)文件不存在也会创建文件；—— 本质上和追加重定向">>"是一样的；

int fclose(FILE * fp); —— 关闭文件，关闭成功返回0；

size_t fwrite(const void* ptr[写入内容的起始地址], size_t size[基本大小，如果是字符串最后的'\0'不要传进去，以‘\0’作为字符串结尾是C语言字符串的特殊规定，文件不是这样规定的，加进去会乱码], size_t nmemb[基本大小的个数], FILE* stream[写入的文件指针]);

二、系统IO理解

文件其实是在磁盘上的，磁盘是外部设备，因此访问任意磁盘文件本质上就是在访问硬件；而用户不可能越过操作系统和驱动直接访问硬件，因此所有的语言的库函数，只要是涉及到访问硬件的，函数内部一定都封装了系统调用接口；

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

int open(const char* pathname, int flags[模式，O_RDONLY / O_WRONLY / O_RDWR / O_CREAT / O_APPEND], mode_t mode[文件权限]);

系统接口：open a file or device

O_RDONLY / O_WRONLY / O_RDWR / O_CREAT / O_APPEND：这些对应的是宏，具体就是一串二进制序列，只有一个为1，这样就可以实现用一个数字同时传递多个选项（通过按位或的方式）；

int fd = open("log.txt", O_WRONLY)；如果“log.txt”这个文件不存在，那么就会打开失败（返回“-1”）不会自行创建；int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT)；这样就会自行创建了；但是这样创建出来的文件的权限不会是你想要的，如果想要创建想要的文件权限，就要用上“mode”这个参数；int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT，0666)；这样就可以自行设置创建文件的权限了；

但上述文件权限设置方法，会被权限掩码“umask”过滤，如果不想要设置的权限被掩码过滤，可以使用

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> mode_t umask(mode_t mode)

修改当前进程的文件权限掩码，umask(0);

open()的返回值，fd(int)是文件描述符；

#include <unistd.h>

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

系统接口：write to a file descriptor;
示例：const char* message = "hello file system call \n"; write(fd, message, strlen(message));
此时的写入是从文件的起点开始写，但并不会清空原文件的内容；如果想要清空原文件，需要在open()函数的flag参数再加上O_TRUNC；同理，如果想要在后面加上内容就用“O_APPEND” ；

#include <unistd.h>

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

系统接口：read from a file descriptor;
count是缓冲区的大小；

#include <unistd.h>

int close(int fildes);

系统接口：close a file descriptor;

三、访问文件的本质

操作系统会使用“struct file”描述一个被打开文件的信息，以便进行管理，类似于进程的PCB；该结构体直接或间接包含：文件路径、文件基本属性（权限、大小、读写位置、打开用户）、文件的内核缓冲区信息、struct file* next；

进程PCB中会有一个“struct file_struct* files”的指针，它指向一个包含指针数组的结构体（文件描述符表），该数组中的指针指向所有被该进程打开的文件的文件描述结构体“struct file”，而上述系统接口中的返回值“int fd”就是这个数组的下标；该数组元素第0，1，2个指针默认指向标准输入/输出/错误流；

C语言里面的“FILE”是C库自己封装的结构体，因为操作系统进程访问文件是通过文件描述符“int fd”的，因此可以肯定FILE结构体里包含了fd（FILE->_fileno）；

一个文件可以被多个进程打开，因此struct file结构体里会包含一个叫“引用计数count”的字段；进程关闭文件，只会将文件的count减1，并将文件描述符表中的对应指针置空，如果count不为0就不需要其它操作了，如果count为0系统才需要回收资源；