文件IO編程

一、系統(tǒng)調(diào)用及API

1、  系統(tǒng)調(diào)用

所謂系統(tǒng)調(diào)用就是指操作系統(tǒng)提供給用戶程序調(diào)用的一組“特殊”接口，用戶程序可以通過(guò)這組“特殊”接口來(lái)獲得操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的服務(wù)，例如，用戶可以通過(guò)進(jìn)程控制相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用來(lái)創(chuàng)建進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程管理等

為了更好地保護(hù)內(nèi)核空間（就是為什么用戶程序不能直接訪問(wèn)系統(tǒng)內(nèi)核提供的服務(wù)），將程序的運(yùn)行分為內(nèi)核空間和用戶空間，它們運(yùn)行在不同的級(jí)別上，在邏輯上是相互隔離的。

2、  用戶編程接口（API）

系統(tǒng)調(diào)用不是直接與程序員進(jìn)行交互的，它僅僅是一個(gè)通過(guò)軟中斷機(jī)制向內(nèi)核提交請(qǐng)求，以獲取內(nèi)核服務(wù)的接口，實(shí)際使用中，程序員調(diào)用的通常是API函數(shù)，API遵循了在UNIX中最流行的應(yīng)用編程界面標(biāo)準(zhǔn)——POSIX標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)描述了操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用編程接口（實(shí)際上就是API），用于保證應(yīng)用程序可以在源代碼一級(jí)上在多種操作系統(tǒng)上移植運(yùn)行，這些系統(tǒng)調(diào)用接口主要是通過(guò)C庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3、  系統(tǒng)命令

系統(tǒng)命令相對(duì)API更高了一層，實(shí)際上是一個(gè)可執(zhí)行程序（如shell系統(tǒng)命令），它的內(nèi)部引用了用戶編程接口（API）來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

二、文件及文件描述符

在linux中對(duì)目錄和設(shè)備的操作都等同于文件的操作，linux中文件分為普通文件、目錄文件、鏈接文件、設(shè)備文件四種。

內(nèi) 核通過(guò)文件描述符區(qū)分和引用特定的文件，所有設(shè)備和文件的操作都使用文件描述符來(lái)進(jìn)行的，它是一個(gè)非負(fù)的整數(shù)，是一個(gè)索引值，并指向內(nèi)核中每個(gè)進(jìn)程打開(kāi)文 件的記錄表，當(dāng)打開(kāi)一個(gè)現(xiàn)存文件或創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，內(nèi)核就向進(jìn)程返回一個(gè)文件描述符，當(dāng)需要讀文件時(shí)，也需要把文件描述符作為參數(shù)傳遞給相應(yīng)的函數(shù)。

通常，一個(gè)進(jìn)程打開(kāi)時(shí)，都會(huì)打開(kāi)3個(gè)文件：標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出、和標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)處理，這3個(gè)文件分別對(duì)應(yīng)文件描述符為0，1，2

三、不帶緩存的文件IO操作

不帶緩存是指每一個(gè)函數(shù)都只是調(diào)用系統(tǒng)中的一個(gè)函數(shù)，這些函數(shù)雖然不是ANSI C的組成部分，但都是POSIX的組成部分。

主要用到5個(gè)函數(shù)：open，read，write，close，lseek。

Open函數(shù)定義：

定義函數(shù) int open( const char * pathname, int flags);
int open( const char * pathname,int flags, int mode);

參數(shù)pathname 被打開(kāi)的文件名（可包含路徑名）。

參數(shù)flags 所能使用的旗標(biāo):
O_RDONLY 以只讀方式打開(kāi)文件
O_WRONLY 以只寫(xiě)方式打開(kāi)文件
O_RDWR 以可讀寫(xiě)方式打開(kāi)文件。上述三種旗標(biāo)是互斥的，也就是不可同時(shí)使用，但可與下列的旗標(biāo)利用OR(|)運(yùn)算符組合。
O_CREAT 若欲打開(kāi)的文件不存在則自動(dòng)建立該文件。
O_EXCL 如果O_CREAT 也被設(shè)置，此指令會(huì)去檢查文件是否存在。文件若不存在則建立該文件，否則將導(dǎo)致打開(kāi)文件錯(cuò)誤。此外，若O_CREAT與O_EXCL同時(shí)設(shè)置，并且欲打開(kāi)的文件為符號(hào)連接，則會(huì)打開(kāi)文件失敗。
O_NOCTTY 如果欲打開(kāi)的文件為終端機(jī)設(shè)備時(shí)，則不會(huì)將該終端機(jī)當(dāng)成進(jìn)程控制終端機(jī)。
O_TRUNC 若文件存在并且以可寫(xiě)的方式打開(kāi)時(shí)，此旗標(biāo)會(huì)令文件長(zhǎng)度清為0，而原來(lái)存于該文件的資料也會(huì)消失。
O_APPEND 當(dāng)讀寫(xiě)文件時(shí)會(huì)從文件尾開(kāi)始移動(dòng)，也就是所寫(xiě)入的數(shù)據(jù)會(huì)以附加的方式加入到文件后面。
O_NONBLOCK 以不可阻斷的方式打開(kāi)文件，也就是無(wú)論有無(wú)數(shù)據(jù)讀取或等待，都會(huì)立即返回進(jìn)程之中。
O_NDELAY 同O_NONBLOCK。
O_SYNC 以同步的方式打開(kāi)文件。
O_NOFOLLOW 如果參數(shù)pathname 所指的文件為一符號(hào)連接，則會(huì)令打開(kāi)文件失敗。
O_DIRECTORY 如果參數(shù)pathname 所指的文件并非為一目錄，則會(huì)令打開(kāi)文件失敗。

此為Linux2.2以后特有的旗標(biāo)，以避免一些系統(tǒng)安全問(wèn)題。參數(shù)mode 則有下列數(shù)種組合，只有在建立新文件時(shí)才會(huì)生效，此外真正建文件時(shí)的權(quán)限會(huì)受到umask值所影響，因此該文件權(quán)限應(yīng)該為（mode-umaks）。
S_IRWXU00700 權(quán)限，代表該文件所有者具有可讀、可寫(xiě)及可執(zhí)行的權(quán)限。
S_IRUSR 或S_IREAD，00400權(quán)限，代表該文件所有者具有可讀取的權(quán)限。
S_IWUSR 或S_IWRITE，00200 權(quán)限，代表該文件所有者具有可寫(xiě)入的權(quán)限。
S_IXUSR 或S_IEXEC，00100 權(quán)限，代表該文件所有者具有可執(zhí)行的權(quán)限。
S_IRWXG 00070權(quán)限，代表該文件用戶組具有可讀、可寫(xiě)及可執(zhí)行的權(quán)限。
S_IRGRP 00040 權(quán)限，代表該文件用戶組具有可讀的權(quán)限。
S_IWGRP 00020權(quán)限，代表該文件用戶組具有可寫(xiě)入的權(quán)限。
S_IXGRP 00010 權(quán)限，代表該文件用戶組具有可執(zhí)行的權(quán)限。
S_IRWXO 00007權(quán)限，代表其他用戶具有可讀、可寫(xiě)及可執(zhí)行的權(quán)限。
S_IROTH 00004 權(quán)限，代表其他用戶具有可讀的權(quán)限
S_IWOTH 00002權(quán)限，代表其他用戶具有可寫(xiě)入的權(quán)限。
S_IXOTH 00001 權(quán)限，代表其他用戶具有可執(zhí)行的權(quán)限。

返回值 若所有欲核查的權(quán)限都通過(guò)了檢查則返回0 值，表示成功，只要有一個(gè)權(quán)限被禁止則返回-1。

錯(cuò)誤代碼 EEXIST 參數(shù)pathname 所指的文件已存在，卻使用了O_CREAT和O_EXCL旗標(biāo)。
EACCESS 參數(shù)pathname所指的文件不符合所要求測(cè)試的權(quán)限。
EROFS 欲測(cè)試寫(xiě)入權(quán)限的文件存在于只讀文件系統(tǒng)內(nèi)。
EFAULT 參數(shù)pathname指針超出可存取內(nèi)存空間。
EINVAL 參數(shù)mode 不正確。
ENAMETOOLONG 參數(shù)pathname太長(zhǎng)。
ENOTDIR 參數(shù)pathname不是目錄。
ENOMEM 核心內(nèi)存不足。
ELOOP 參數(shù)pathname有過(guò)多符號(hào)連接問(wèn)題。
EIO I/O 存取錯(cuò)誤

如：

int dev_fd;//文件描述符，失敗返回為-1。

dev_fd = open("/dev/simple",O_RDWR | O_NONBLOCK,0600);

//權(quán)限值可以不要

注：open函數(shù)返回的文件描述符一定是最小的未用文件描述符。

Close函數(shù)定義：

Int close（int fd）

fd：文件描述符，0為成功，-1為出錯(cuò)

read函數(shù)定義：

read函數(shù)是用于將指定的文件描述符中讀出數(shù)據(jù)，當(dāng)從終端設(shè)備中讀出數(shù)據(jù)時(shí)，通常一次最多讀一行。

函數(shù)原型：ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count)

Buf:指定存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)

Count：指定讀出的字節(jié)數(shù)

函數(shù)返回值：

成功：讀到的字節(jié)數(shù)

0：已達(dá)到文件尾

-1：出錯(cuò)

在讀普通文件時(shí)，若讀到要求的字節(jié)數(shù)之前已到達(dá)文件的結(jié)尾，則返回的字節(jié)數(shù)會(huì)小于希望讀出的字節(jié)數(shù)。

write函數(shù)定義：

函數(shù)是用于向打開(kāi)的文件寫(xiě)數(shù)據(jù)，寫(xiě)操作從文件的當(dāng)前位移量處開(kāi)始，若磁盤(pán)已滿或超出該文件的長(zhǎng)度，則write函數(shù)返回失敗。

函數(shù)原型：ssize_t write(int fd,void *buf,size_t count)

Buf:指定存儲(chǔ)器寫(xiě)入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)

Count：指定讀出的字節(jié)數(shù)

函數(shù)返回值：

成功：已寫(xiě)的字節(jié)數(shù)

-1：出錯(cuò)

在寫(xiě)普通文件時(shí)，寫(xiě)操作從文件的當(dāng)前位移處開(kāi)始。

lseek函數(shù)定義：

函數(shù)是用于在指定的文件描述符中將文件指針定位到相應(yīng)的位置。

函數(shù)原型：ssize_t lseek(int fd,off_t offset,int whence)

offset:偏移量，每一次讀寫(xiě)操作所需要移動(dòng)的距離，單位是字節(jié)的數(shù)量，可正可負(fù)（向前移，向后移）。

whence：SEEK_SET:當(dāng)前位置為文件指針的位置，新位置為當(dāng)前位置加上偏移量

SEEK_CUR:

SEEK_END: 當(dāng)前位置為文件的結(jié)尾，新位置為偏移量的大小加上偏移量的大小

函數(shù)返回值：

成功：文件的當(dāng)前位移

-1：出錯(cuò)

Offset可取負(fù)值，即可將文件指針相對(duì)當(dāng)前位置向前移動(dòng)5個(gè)字節(jié)，lseek函數(shù)的返回值為文件指針相對(duì)于文件頭的位置。