Linux系统调用和文件IO

Linux系统调用与文件I/OLinux系统调用所谓系统调用是指操作系统提供给用户程序的一组“特殊”接口，用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的特殊服务。在Linux中用户程序不能直接访问内核提供的服务。为了更好的保护内核空间，将程序的运行空间分为内核空间和用户空间，他们运行在不同的级别上，在逻辑上是相互隔离的。用户程序接口（API）在Linux中用户编程接口（API）遵循了在UNIX中最流行的应用编程界面标准—POSIX标准。这些系统调用编程接口主要通过C库（libc）实现的。内核空间用户空间系统调用用户程序接口API系统命令系统调用、API与系统命令之间的关系文件I/O介绍可用的文件I/O函数——打开文件、读文件、写文件等等。大多数Linux文件I/O只需用到5个函数：open、read、write、lseek以及close。不带缓存指的是每个read和write都调用内核中的一个系统调用。这些不带缓存的I/O函数不是ANSIC的组成部分，而是POSIX组成部分。文件描述符对于内核而言，所有打开文件都由文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。当读、写一个文件时，用open或creat返回的文件描述符标识该文件，将其作为参数传送给read或write。文件描述符在POSIX.1应用程序中，整数0、1、2应被代换成符号常数：STDIN_FILENOSTDOUT_FILENOSTDERR_FILENO这些常数都定义在头文件unistd.h中。文件描述符的范围是0~OPEN_MAX。早期的UNIX版本采用的上限值是19(允许每个进程打开20个文件)，现在很多系统则将其增加至256。open函数#includesys/types.h#includesys/stat.h#includefcntl.hintopen(constchar*pathname,intoflag,…/*,mode_tmode*/);功能：打开文件返回：若成功为文件描述符，若出错为-1open函数pathname是要打开或创建的文件的名字。oflag参数可用来说明此函数的多个选择项。对于open函数而言，仅当创建新文件时才使用第三个参数。用下列一个或多个常数进行或运算构成oflag参数(这些常数定义在fcntl.h头文件中)：O_RDONLY只读打开。O_WRONLY只写打开。O_RDWR读、写打开。O_APPEND每次写时都加到文件的尾端。O_CREAT若此文件不存在则创建它。使用此选择项时，需同时说明第三个参数mode，用其说明该新文件的存取许可权位。O_EXCL如果同时指定了O_CREAT，而文件已经存在，则出错。这可测试一个文件是否存在，如果不存在则创建此文件成为一个原子操作。O_TRUNC如果此文件存在，而且为只读或只写成功打开，则将其长度截短为0。O_NOCTTY如果pathname指的是终端设备，则不将此设备分配作为此进程的控制终端。O_NONBLOCK如果pathname指的是一个FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选择项为此文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式。O_SYNC使每次write都等到物理I/O操作完成。creat函数#includesys/types.h#includesys/stat.h#includefcntl.hintcreat(constchar*pathname,mode_tmode);功能：创建一个新的文件。返回：若成功为只写打开的文件描述符，若出错为-1。注意，此函数等效于：open(pathname,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,mode);creat的一个不足之处是它以只写方式打开所创建的文件。close函数#includeunistd.hintclose(intfiledes)；功能：关闭一个打开文件返回：若成功为0，若出错为-1当一个进程终止时，它所有的打开文件都由内核自动关闭。很多程序都使用这一功能而不显式地用close关闭打开的文件。lseek函数每个打开文件都有一个与其相关联的“当前文件偏移量”。它是一个非负整数，用以度量从文件开始处计算的字节数。通常，读、写操作都从当前文件偏移量处开始，并使偏移量增加所读或写的字节数。按系统默认，当打开一个文件时，除非指定O_APPEND选择项，否则该位移量被设置为0。可以调用lseek显式地定位一个打开文件。lseek函数#includesys/types.h#includeunistd.hoff_tlseek(intfilesdes,off_toffset,intwhence);功能：设置文件内容读写位置返回：若成功为新的文件位移，若出错为-1。对参数offset的解释与参数whence的值有关。若whence是SEEK_SET，则将该文件的位移量设置为距文件开始处offset个字节。若whence是SEEK_CUR，则将该文件的位移量设置为其当前值加offset，offset可为正或负。若whence是SEEK_END，则将该文件的位移量设置为文件长度加offset，offset可为正或负。read函数#includeunistd.hssize_tread(intfd,void*buf,size_tcount);功能：从打开文件中读数据返回：读到的字节数，若已到文件尾为0，若出错为-1。read函数有多种情况可使实际读到的字节数少于要求读字节数：读普通文件时，在读到要求字节数之前已到达了文件尾端。例如，若在到达文件尾端之前还有30个字节，而要求读100个字节，则read返回30，下一次再调用read时，它将返回0(文件尾端)。当从终端设备读时，通常以行为单位，读到换行符就返回。当从网络读时，网络中的缓冲机构可能造成返回值小于所要求读的字节数。某些面向记录的设备，例如磁带，一次最多返回一个记录。读操作从文件的当前位移量处开始，在成功返回之前，该位移量增加实际读得的字节数。write函数#includeunistd.hssize_twrite(intfd,constvoid*buf,size_tcount);功能；向打开文件写数据。返回：若成功为已写的字节数，若出错为-1。其返回值通常与参数count的值不同，否则表示出错。write出错的一个常见原因是：磁盘已写满，或者超过了对一个给定进程的文件长度限制。对于普通文件，写操作从文件的当前位移量处开始。如果在打开该文件时，指定了O_APPEND选择项，则在每次写操作之前，将文件位移量设置在文件的当前结尾处。在一次成功写之后，该文件位移量增加实际写的字节数。fcntl函数#includeunistd.h#includefcntl.hintfcntl(intfiledes,intcmd,...);功能：改变已经打开文件的性质返回：若成功则依赖于cmd()，若出错为-1。fcntl函数fcntl函数有五种功能：复制一个现存的描述符,新文件描述符作为函数值返(cmd＝F_DUPFD）。获得/设置文件描述符标记,对应于filedes的文件描述符标志作为函数值返回．（cmd=F_GETFD或F_SETFD）。获得/设置文件状态标志，对应于filedes的文件状态标志作为函数值返回。（cmd=F_GETFL或F_SETFL）。获得/设置异步I/O（cmd=F_GETOWN或F_SETOWN）。获得/设置记录锁（cmd=F_SETLK,F_SETLKW）。O_RDONLY只读打开O_WRONLY只写打开O_RDWR读/写打开O_APPEND写时都添加至文件尾O_NONBLOCK非阻塞方式O_SYNC等待写完成O_ASYNC异步I/O文件状态标志说明ioctl函数ioctl函数是I/O操作的杂物箱。不能用本章中其他函数表示的I/O操作通常都能用ioctl表示。终端I/O是ioctl的最大使用方面，主要用于设备的I/O控制。#includesys/ioctl.hintioctl(intfiledes,intrequest,...);返回：若出错则为-1，若成功则为其他值。ioctl函数例如：串口线上传送的数据通过read、write来操作，而串口的波特率、校验位、停止位可以通过ioctl来设置。标准文件I/O操作fopen函数#includestdio.hFILE*fopen(constchar*path,constchar*mode)函数功能：打开一个文件返回值：文件顺利打开后，指向该流的文件指针就会被返回。若文件打开失败则返回NULL，并把错误代码存在error中。参数说明path字符串包含欲打开的文件路径及文件名，参数mode字符串则代表着流形态。Mode有下列几种形态字符串：r打开只读文件，该文件必须存在r+打开可读写的文件，该文件必须存在w打开只写文件，若文件存在则文件长度清为0，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件。w+打开可读写文件，若文件存在则文件长度清为0，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件。a以附加的方式打开只写文件。若文件不存在则建立，存在则把数据添加在文件末尾a+以附加的方式打开读写文件，同a。fclose函数#includestdio.hIntfclose(FILE*stream)功能：关闭一个流。注意：使用fclose函数就可以把缓冲区内最后剩下的数据输出到磁盘文件中，并释放文件指针和有关的缓冲区。fputc函数#includestdio.hintfputc(intch,FILE*stream);功能：送一个字符到一个流中。fgetc函数#includestdio.hintfgetc(FILE*stream);功能：fgetc()从参数stream所指的文件中读取一个字符。若读到文件尾而无数据时便返回EOFfseek函数includestdio.hintfseek(FILE*stream,longoffset,intfromwhere);类似lseek();ftelllongftell(FILE*stream);fgets函数#inlcudestdio.hChar*fgets(char*s,intsize,FILE*stream);函数说明：函数fgets用来从参数stream所指的文件内读入字符并存入到参数s所指的内存空间，直到出现换行符、读到文件尾或是已读了size-1个字符为止，最后会加上NULL作为字符串结束。返回值：成功返回s指针，错误返回NULLfputs函数fprintf函数#includestdio.hintfprintf(FILE*stream,constchar*format,…);功能：fprintf()函数根据指定的format（格式）（格式）发送信息（参数）到由stream（流）指定的文件。fprintf()只能和printf()一样工作。Fprintf()的返回值是输出的字符数，发送错误时返回一个负值。fscanf函数#includestdio.hIntfscanf(FILE*stream,char*format,…);功能：从一个流中执行格式化输入fread函数#includestdio.hIntfread(void*ptr,intsize,intnitems,FILE*stream);功能：从一个流中读数据参数：用于接受数据的地址（指针）（ptr）单个元素的大小（size）:单位是字节而不是位，例如：读取一个整数值就是4元素个数（nitems）提供数据的文件指针（strea