Linux 基础IO（个人笔记）

news2024/9/25 6:33:25

Linux基础 IO

  • 1.C文件IO操作
    • 1.1 hello.c写文件
    • 1.2 hello.c读文件
    • 1.3 stdin&stdout&stderr
  • 2.系统文件I/O
    • 2.1 hello.c写文件
    • 2.2 hello.c读文件
    • 2.3 open函数介绍
    • 2.4 文件描述符 fd
      • 2.4.1 文件描述符的分配规则
      • 2.4.2 重定向
      • 2.4.3 dup2系统调用
      • 2.4.4 C文件结构体FILE
      • 2.4.5 C文件缓冲区
  • 3. 文件系统
    • 3.1文件的软硬链接
      • 3.1.1 软链接
      • 3.1.2 硬链接
  • 4. 动静态库

1.C文件IO操作

1.1 hello.c写文件

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("myfile", "w");
	if (fp == NULL)
	{
		printf("fopen error\n");
	}

	const char* msg = "hello LJH\n";
	int count = 5;
	while (count--)
	{
		fwrite(msg, strlen(msg), 1, fp);
	}
	fclose(fp);

	return 0;
}

1.2 hello.c读文件

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
	FILE* fp = fopen("myfile", "r");
	if (!fp)
	{
		printf("fopen error!\n");
	}

	char buf[1024];
	const char* msg = "hello LJH!\n";
	while (1)
	{
		size_t s = fread(buf, 1, strlen(msg), fp);
		if (s > 0)
		{
			buf[s] = 0;
			printf("%s", buf);
		}
		if (feof(fp))
		{
			break;
		}
	}
	fclose(fp);

	return 0;
}

1.3 stdin&stdout&stderr

C默认会打开三个输入输出流：stdin，stdout，stderr
且三个流的类型都是FILE*

2.系统文件I/O

系统接口来访问文件

2.1 hello.c写文件

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
  umask(0);
  int fd = open("myfile", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
  if (fd < 0)
  {
    perror("open");
    return 1;
  }

  int count = 5;
  const char *msg = "hello LJH!\n";
  int len = strlen(msg);
  while (count--)
  {
    write(fd, msg, len);
  }

  close(fd);
  return 0;
}

2.2 hello.c读文件

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
  int fd = open("myfile", O_RDONLY);
  if (fd < 0)
  {
    perror("open");
    return 1;
  }

  const char *msg = "hello LJH\n";
  char buf[1024];
  while (1)
  {
    ssize_t s = read(fd, buf, strlen(msg));
    if (s > 0)
    {
      printf("%s", buf);
    }
    else
    {
      break;
    }
  }
  close(fd);

  return 0;
}

2.3 open函数介绍

//所需要的头文件
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

//函数参数介绍
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

//pathname: 要打开或创建的目标文件
//flags标记位: 打开文件时，可以传入多个参数选项，用下面的一个或者多个常量进行“或”运算，构成flags。
//flags标记位参数:
//O_RDONLY: 只读打开
//O_WRONLY: 只写打开
//O_RDWR : 读，写打开
//这三个常量，必须指定一个且只能指定一个
//O_CREAT : 若文件不存在，则创建它。需要使用mode选项，来指明新文件的访问权限
//O_APPEND: 追加写
//返回值：
 //成功：新打开的文件描述符
 //失败：-1

2.4 文件描述符 fd

fd其实是文件描述符表的数组下标
Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符，分别是标准输入0， 标准输出1， 标准错误2.
在这里插入图片描述

2.4.1 文件描述符的分配规则

在files_struct数组当中，找到当前没有被使用的最小的一个下标，作为新的文件描述符。

2.4.2 重定向

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
   close(1);
   int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);
   if(fd < 0){
   perror("open");
   return 1;
 }
   printf("fd: %d\n", fd);
   fflush(stdout);
 
   close(fd);
   exit(0);
}

本应该通过文件描述符输出到显示器上的内容,输出到文件myfile当中,fd=1,这就是文件重定向.
在这里插入图片描述

2.4.3 dup2系统调用

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);

测试代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
  int fd = open("myfile", O_RDONLY);
  if (fd < 0)
  {
    perror("open");
    return 1;
  }
  dup2(fd, 0);
  close(fd);
  char buf[1024];
  while (1)
  {
    if(fgets(buf,sizeof(buf),stdin)==NULL)
    {
      break;
    }
    printf("Read:%s",buf);
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

2.4.4 C文件结构体FILE

IO相关函数与系统调用接口对应，并且库函数封装系统调用，所以本质上，访问文件都是通过fd访问
所以C库当中的FILE结构体内部，必定封装了fd。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2.4.5 C文件缓冲区

这里解释下语言层面的缓冲区
先看代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
   const char *msg0="hello printf\n";
   const char *msg1="hello fwrite\n";
   const char *msg2="hello write\n";
   printf("%s", msg0);
   fwrite(msg1, strlen(msg0), 1, stdout);
   write(1, msg2, strlen(msg2));
   fork();
   return 0;
}

这里进行./hello>file后，打印结果如下

hello write
hello printf
hello fwrite
hello printf
hello fwrite

原因是：
1.C库函数写入文件时是全缓冲，而写入显示器是行缓冲
2.当文件重定向到普通文件时，数据的缓冲方式由行缓冲变成了全缓冲
3.然而放在缓冲区的数据就不会被立即刷新，fork之后也是如此
4.但进程退出后，会统一刷新，写入文件中
5.但是fork之后，父子数据发生写时拷贝，父进程准备刷新的时候，子进程也就有了同样的一份数据，也就是两份数据
6.write系统调用，就没有所谓的缓冲区
在这里插入图片描述

3. 文件系统

权限 硬链接数 文件所有者 文件所属组 文件大小 文件最后修改时间 文件名
在这里插入图片描述
除了ls -l 查看之外，stat+文件名，能查看更多信息
在这里插入图片描述
从硬件开始了解文件系统
在这里插入图片描述
磁盘存储的逻辑抽象结构
将磁盘盘片想象成为线性空间

在这里插入图片描述
以上是按照扇区进行存取，也可以基于文件系统，按照文件块为单位进行数据存取，也就是LBA
在这里插入图片描述
一个磁盘都会进行分区管理，一般的磁盘500g内存，进行分区管理
然而管理磁盘内存是可以进行迁移的，要管好100g，也就只需要管好2g
在这里插入图片描述
保存文件属性是通过inode保存
inode节点表：存放文件属性：文件大小，所有者，最近修改时间等
在这里插入图片描述
数据区：存放文件内容
在这里插入图片描述
inode位图：每个bit表示一个inode是否空闲可用
块位图：记录data block中那个数据块已经被占用，那个数据块没有被占用
超级块：存放文件系统本身的结构信息，如果被破坏，整个文件系统瘫痪
在这里插入图片描述

3.1文件的软硬链接

操作系统在磁盘中找文件不是通过文件名，而是通过inode，Linux中可以让多个文件名对应同一个inode，也就是不同分区可能会有相同的inode

删除文件其实是由两步组成：
1.在目录中将文件和inode的映射关系删除
2.将文件的硬链接数减1，如果减到了0，则将对应的磁盘文件释放掉。

软链接是通过名字引用另一个文件，可以理解为windows中桌面快捷方式的创建，是一个独立的文件，而硬链接不是一个独立的文件，而是在指定目录内部的一组映射关系：文件名<—>inode的映射关系

3.1.1 软链接

在Linux中，创建软链接（符号链接）可以使用 ln 命令，配合 -s 参数。软链接是指向另一个文件或目录的引用。

ln -s [目标文件或目录] [链接名称]

软链接可以跨文件系统，而硬链接不能。
如果目标文件被删除，软链接将变为“悬挂”状态，仍然存在但指向无效。
软链接的名称可以是相对路径或绝对路径。

3.1.2 硬链接

在Linux中，创建硬链接可以使用 ln 命令，不需要任何额外的参数。硬链接是指向同一物理文件的不同目录项。

ln [目标文件] [链接名称]

硬链接不能跨文件系统。
硬链接与原文件共享相同的 inode，因此它们是同一个文件的不同表示。
删除原文件并不会影响硬链接，因为它们仍然指向相同的数据。
目录通常不允许创建硬链接，除非使用特权权限。

4. 动静态库

静态库（.a）：程序在编译链接的时候把库的代码链接到可执行文件中。程序运行的时候将不再需要静态库

动态库（.so）：程序在运行的时候才去链接动态库的代码，多个程序共享使用库的代码。

动态库可以在多个程序间共享，所以动态链接使得可执行文件更小，节省了磁盘空间。

静态库的本质是将库中的源代码直接翻译成为.o目标的二进制文件，然后打包在一起

静态库生成makefile文件参考

static-lib=libmymath.a

$(static-lib):Add.o Div.o Mul.o Sub.o
	ar -rc $@ $^
%.o:%.c
	gcc -c $<
#Test:Add.o Div.o Mul.o Sub.o TestMain.o
#	gcc -o $@ $^

.PHONY:output
output:
	mkdir -p mymath_lib/include
	mkdir -p mymath_lib/lib
	cp -f *.h mymath_lib/include
	cp -f *.a mymath_lib/lib

.PHONY:clean
clean:
	rm -rf *.o *.a mymath_lib

动态库生成Makefile文件参考

dy-lib=libmymath.so

$(dy-lib):Add.o Div.o Mul.o Sub.o
	gcc -shared -o $@ $^
%.o:%.c
	gcc -fPIC -c $<

.PHONY:output
output:
	mkdir -p mymath_lib/include
	mkdir -p mymath_lib/lib
	cp -f *.h mymath_lib/include
	cp -f *.so mymath_lib/lib

.PHONY:clean
clean:
	rm -rf *.o *.so mymath_lib

gcc默认是动态链接的，但个别库，如果你只提供.a,gcc也是没有办法，只能局部性的把你指定的.a，进行静态链接，其他库正常动态链接，如果加上-static，就必须要.a
在这里插入图片描述
运行动态库的方法：
1.直接安装到系统中
在这里插入图片描述

2.通过软连接，查找动态库
3.LD_LIBRARY_PATH，使用环境变量的方式，让系统找到自己的动态库
4.直接更改系统关于动态库的配置文件
在这里插入图片描述
动态库加载的原理

gcc -fPIC -c XXX.c

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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