一、前言

二、低级文件访问

1、write

2、read

3、open

4、Initial Permissions

（1）umask

（2）close

（3）ioctl

（4）第一个 copy_system.c 程序

（5）第二个 copy_block.c 程序

5、Other System Calls for Managing Files

（1）lseek

（2）fstat, stat, and lstat

（3）dup and dup2

一、前言

本文将简单介绍Linux文件和目录，以及如何操作它们（如何创建文件、打开、读、写和关闭，程序如何操作目录，如创建、扫描和删除目录等）。本文大部分内容将会介绍处理文件和目录的各种调用，涵盖了与文件相关的部分主题：（1）文件和设备；（2）系统调用；（3）库函数；（4）低级文件访问；（5）管理文件；（6）标准I/O库；（7）格式化的输入和输出；（8）文件和目录维护；（9）扫描目录；（10）错误；（11）/proc文件系统；（12）fcntl 和 mmap。这些内容本博客不会全部介绍，只是进行部分的基础介绍。

二、低级文件访问

每个正在运行的程序称为进程，它有许多与之相关联的文件描述符。当一个程序启动时，它通常已经打开了三个这样的描述符，可以使用它们访问打开的文件或设备。

0: Standard input
1: Standard output
2: Standard error

自动打开的文件描述符已经能够让我使用 write 创建一些简单的程序。

1、write

write 系统调用安排将 buf 中的第一个 nbytes 字节写入与文件描述符文件相关联的文件。

它返回实际写入的字节数。

如果文件描述符中有错误，或者如果底层设备驱动程序对块大小非常敏感，则此值可能小于 nbytes。

如果函数返回 0，则表示没有写入数据;

如果它返回 -1，则表示写调用中存在错误，并且错误将在 errno 全局变量中指定。

#include <unistd.h>
size_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbytes);

写一个小demo，simple_write.c：

这个程序只是将一条消息打印到标准输出。

当程序退出时，所有打开的文件描述符都会自动关闭，因此不需要显式地关闭它们。但是，处理缓冲输出时，情况就不是这样了。

$ ./simple_write
Here is some data
$

值得再次注意的一点是，write 可能写入的字节比要求的少，这并不一定是一个错误。在程序中，可以去 check errno 来检测错误，并调用 write 来写入任何剩余的数据。

2、read

read 系统调用从与文件描述符文件相关联的文件中读取最多 nbytes 字节的数据，并将它们放在数据区 buf 中。

它返回实际读取的数据字节数，可能小于请求的数据字节数。

如果 read 调用返回 0，则它没有可读的内容，它到达了文件的末尾。

同样，调用上的错误将导致它返回 -1。

这个程序 simple_read.c 将标准输入的前 128 字节复制到标准输出。如果输入少于128字节，它将复制所有输入。

运行程序：

要有 “东西” 重定向到 ./simple_read 中。

3、open

要创建一个新的文件描述符，我们需要使用打开系统调用。

oflags 被指定为强制文件访问模式和其他可选模式的组合。open 调用必须指定下表中所示的文件访问模式之一：

当然 oflags 还包含其他 or 组合的可选形参，感兴趣的 uu 可以自行搜索了解~使用 man 2 查询手册页是个很好的查询方式

如果成功，open 返回新的文件描述符(总是一个非负整数)，如果失败，则返回 -1，这时 open 还设置全局变量 errno，以指示失败的原因。

一个正在运行的程序一次可以打开的文件数量是有限的。这个限制通常由 limit .h 中的常量 OPEN_MAX 定义，它因系统而异，但 POSIX 要求它至少为 16 。这个限制本身可能受到本地系统范围的限制，因此程序可能不总是能够打开这么多文件。在 Linux 上，这个限制可能在运行时改变，因此 OPEN_MAX 不是一个常数，它通常从 256 开始。

4、Initial Permissions

（1）umask

umask 是一个系统变量，它为创建文件时使用的文件权限编码掩码。您可以通过执行 umask 命令来更改该变量，以提供一个新值。该值为三位八进制值。每个数字都是来自 1、2 或 4 的 ORing 值的结果，其含义如下表所示。分开的数字分别代表 “user”、“group” 和 “other” 权限。

例如，要阻止 “group” 的写和执行，以及 “other” 的写，umask 将是：

每个数字的值都是 or，所以第二个数字应该是 2 | 1，得到3。故umask结果是032。

当通过 open 或 create 调用创建文件时，mode 参数将与当前的 umask 进行比较。在模式参数中同时在 umask 中设置的任何位都将被移除。最终的结果是，用户可以设置他们的环境说“不要为别人创建任何具有写权限的文件，即使创建文件的程序请求这种权限。” 这并不阻止程序或用户随后使用 chmod 命令(或程序中的 chmod 系统调用)添加其他写权限，但它确实有助于保护用户，使他们不必检查和设置所有新文件的权限。

（2）close

使用 close 终止文件描述符、fildes 及其文件之间的关联。文件描述符可以重用。如果成功则返回0，如果出错则返回 -1。

注意，检查 close 的返回结果可能很重要。一些文件系统，特别是网络文件系统，可能在文件关闭之前不会报告写入文件的错误，因为在执行写入操作时，数据可能没有被确认为已写入。

（3）ioctl

ioctl 是一些杂七杂八的东西。它为控制设备及其描述符的行为和配置底层服务提供了一个接口。终端、文件描述符、套接字，甚至磁带驱动器都可能有为它们定义的 ioctl 调用，用的时候需要参考特定设备的手册页了解详细信息。POSIX 仅为“流”定义 ioctl。语法如下:

ioctl 在描述符字段引用的对象上执行 CMD 指示的函数。它可以有第三个可选参数，这取决于特定设备支持的函数。

例如，在 Linux 上调用 ioctl 打开键盘 led：

现在我们已经了解了 open 、 read 和 write 系统调用，以便编写低级程序 copy_system.c，逐个字符地将一个文件复制到另一个文件。

为了简单起见，我们假设输入文件存在，而输出文件不存在，并且所有的读写操作都成功。当然，在实际的程序中，我们会检查这些假设是否有效。

（4）第一个 copy_system.c 程序

1、首先，先创建一个测试输入文件，大小为1Mb，并将其命名为 file.in

2、然后编译 copy_system.c:

#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
    char c;
    int in,out;

    in=open("file.in",O_RDONLY);
    out=open("file.out",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);
    while(read(in,&c,1)==1)
        write(out,&c,1);

    exit(0);
}

注意，#include <unistd.h> 行必须放在前面，因为它定义了有关 POSIX 遵从性的标志，这些标志可能会影响其他包含文件。

可以用上图的命令查看耗时和CPU占用情况。

（5）第二个 copy_block.c 程序

你可以通过复制更大的块来改善这个问题。看看这个修改过的程序 copy_block.c，它同样使用系统调用将文件复制为1K块：

#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
    char block[1024];
    int in,out;
    int nread;

    in=open("file.in",O_RDONLY);
    out=open("file.out",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);
    while((nread=read(in,block,sizeof(block)))>0)
        write(out,block,nread);

    exit(0);
}