linux并发服务器 —— 文件IO相关函数（三）

文件IO

以内存为主体，看待输入输出；

标准C库IO函数带有缓冲区，效率较高；

虚拟地址空间

虚拟地址空间是不存在的，一个应用程序运行期间对应一个虚拟地址空间；

虚拟地址空间的大小由CPU决定，位数不同，大小不同；

32位的机器，虚拟地址空间如下所示：

虚拟空间会被逻辑管理单元MMU映射到真实的物理内存；

调用linux系统API（系统调用）对内核区进行操作；

文件描述符

位于进程的内核区，由PCB管理，用于定位文件，通过其实现对文件的操作；

PCB中通过数组管理文件描述符，最大为1024，前三个为0-标准输入、1-标准输出、2-标准错误，默认打开；

标准输入、标准输出、标准错位指向当前同一终端（设备文件）；

不同的文件描述符对应不同的文件，一个文件可以被打开多次，多次打开的文件描述符不同；

文件描述符的分配，去文件描述符表中找最小的没有分配的文件描述符进行分配即可；

Linux系统的IO函数

open打开文件

/*
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>



    // flags标记 宏定义在前两个头文件

    // 打开一个已经存在的文件
    int open(const char *pathname, int flags); 
        参数：
            pathname - 文件路径
            flags - 对文件的操作权限设置和其他设置
                只读、只写、读写 设置互斥（ O_RDONLY,  O_WRONLY,  or O_RDWR）
        返回值：返回文件描述符，调用失败返回-1

        errno:属于Linux系统函数库，库里的全局变量，记录最近的错误号
        可以通过perror打印errno对应的错误描述

    // 创建一个新的文件
    int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
*/

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

int main(){

    int fd = open("a.txt" , O_RDONLY);

    if(fd==-1){
        perror("open");
    }

    // 关闭文件描述符 使其不指向任何文件
    close(fd);

    return 0;
}

open创建新文件

/*
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>

    int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
        新参数：
            flags - 操作权限和其他设置;
                必选项：操作权限；
                可选项：O_CREATE 文件不存在创建新文件
                int类型 32位 每一位都是一个标志位
            mode - 8进制的数，表示用户对创建出新的文件的操作权限
                最终权限：mode&~umask（不同用户umask不同，可以改）
                eg. 0777 - 最高权限  0777&~0002->0775
*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(){

    //创建新的文件
    int fd = open("create.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0777);
    if(fd==-1){
        perror("open");
    }

    close(fd);
    return 0;
}

read、write函数

/*
    #include <unistd.h>
    
    ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

    参数：
        fd - 文件描述符 open得到 通过文件描述符操作文件
        buf - 读取数据存放的地方 数组的地址
        count - 指定数组大小
    返回值
        成功 
            >0 实际读取字节数
            =0 文件读取完了
        失败
            -1 并设置errno

    ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
        参数：
            buf - 往磁盘写入的数据
            count - 要写的数据实际大小
*/

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

int main(){

    // 1. open开
    int sfd = open("english.txt" , O_RDONLY);
    if(sfd==-1){
        perror("open");
        return -1;
    }
    // 2. 创建新的文件
    int dfd = open("cpy.txt" , O_WRONLY | O_CREAT , 0664);
    if(dfd==-1){
        perror("open");
        return -1;
    }
    // 3. 读写
    char buf[1024] = {0};
    int len = 0;
    while((len = read(sfd, buf, sizeof(buf)))>0){
        write(dfd , buf , len);
    }
    // 4. 关闭文件
    close(dfd);
    close(sfd);

    return 0;
}

lseek函数

/*
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>

    off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
        参数：
            fd - 文件描述符
            offset - 偏移量
            whence - 指定标记：
                SEEK_SET
                    设置文件指针偏移量

                SEEK_CUR
                    从当前位置设置偏移量

                SEEK_END
                    从文件结尾设置偏移量
        返回值：文件指针的位置

        作用：
            1. 移动文件指针到头文件
                lseek(fd , 0 , SEEK_SET);
            2. 获取当前文件指针位置
                lseek(fd , 0 , SEEK_CUR);
            3. 获取文件长度
                lseek(fd , 0 , SEEK_END);
            4. 拓展文件长度 10b->110b
                lseek(fd , 100 , SEEK_END);
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(){
    int fd = open("hello.txt" , O_RDWR);

    if(fd == -1){
        perror("open");
        return -1;
    }
    // 扩展文件长度
    int cnt = lseek(fd , 100 , SEEK_END);
    if(cnt == -1){
        perror("lseek");
        return -1;
    }

    // 写入空数据
    write(fd , " " , 1);

    close(fd);
    return 0;
}

stat、lstat函数

/*
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <unistd.h>
    int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
        作用：获取文件相关信息
        参数：
            pathname - 操作文件路径
            statbuf - 结构体变量（传出参数） 用于保存获取到的文件信息
        返回值：
            成功 - 0
            失败 - -1 设置errno
    int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
        参数：
            pathname - 操作文件路径
            statbuf - 结构体变量（传出参数） 用于保存获取到的文件信息
        返回值：
            成功 - 0
            失败 - -1 设置errno
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main(){
    struct stat statbuf;
    
    int cnt = stat("a.txt" , &statbuf);

    if(cnt==-1){
        perror("stat");
        return -1;
    }

    printf("size: %ld\n" , statbuf.st_size);

    return 0;
}

stat和lstat的区别在于软链接情况；stat通过软链接查源头文件，lstat不会；

模拟实现ls -l命令

列出当前目录下的文件信息；

// 模拟实现 ls-l指令
// -rw-rw-r-- 1 nowcoder nowcoder 10 8月  28 11:02 a.txt

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <pwd.h>
#include <grp.h>
#include <time.h>
#include <string.h>

// argc>=1 - 文件名称
int main(int argc , char* argv[]){
    // 判断输入参数的正确性
    if(argc<2){
        printf("%s filename\n" , argv[0]);
        return -1;
    }

    // 通过stat获取传入文件信息
    struct stat st;
    
    int cnt = stat(argv[1] , &st);
    if(cnt == -1){
        perror("stat");
        return -1;
    }

    // 获取文件类型和文件权限
    char perms[11] = {0}; // 用于保存文件类型和文件权限

    // 文件类型
    switch(st.st_mode & __S_IFMT){
        case __S_IFLNK:
            perms[0] = 'l';
            break;
        case __S_IFDIR:
            perms[0] = 'd';
            break;
        case __S_IFREG:
            perms[0] = '-';
            break;
        case __S_IFBLK:
            perms[0] = 'b';
            break;
        case __S_IFCHR:
            perms[0] = 'c';
            break;
        case __S_IFSOCK:
            perms[0] = 's';
            break;
        case __S_IFIFO:
            perms[0] = 'p';
            break;
        default:
            perms[0] = '?';
            break;
    }

    // 文件访问权限

    // 文件所有者
    perms[1] = (st.st_mode & S_IRUSR)?'r':'-';
    perms[2] = (st.st_mode & S_IWUSR)?'w':'-';
    perms[3] = (st.st_mode & S_IXUSR)?'x':'-';

    // 文件所在组
    perms[4] = (st.st_mode & S_IRGRP)?'r':'-';
    perms[5] = (st.st_mode & S_IWGRP)?'w':'-';
    perms[6] = (st.st_mode & S_IXGRP)?'x':'-';

    // OTHERS
    perms[7] = (st.st_mode & S_IROTH)?'r':'-';
    perms[8] = (st.st_mode & S_IWOTH)?'w':'-';
    perms[9] = (st.st_mode & S_IXOTH)?'x':'-';

    // 硬连接数
    int ln = st.st_nlink;

    // 文件所有者
    char* ur =  getpwuid(st.st_uid)->pw_name;

    // 文件所在组
    char* grp = getgrgid(st.st_gid)->gr_name;

    // 文件大小
    long int filesize = st.st_size;

    // 获取修改时间
    char* time  = ctime(&st.st_mtime);

    char mtime[512] = {0};
    strncpy(mtime , time , strlen(time) - 1);

    char buf[1024];
    printf("%s\n" , argv[0]);
    sprintf(buf , "%s %d %s %s %ld %s %s" , perms , ln , ur , grp , filesize , mtime , argv[1]);
    printf("%s\n" , buf);
    return 0;
}

文件属性操作函数

acess - 判断文件权限

/*
    #include <unistd.h>
    int access(const char *pathname, int mode);
        作用：判断文件是否由每个权限 或文件是否存在
        参数：
            pathname - 文件路径
            mode  
                F_OK 文件是否存在
                R_OK 是否有读权限
                W_OK 是否有写权限
                X_OK 是否有执行权限
        返回值
            成功 - 0
            失败 - -1
*/

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(){

    int ret = access("a.txt" , F_OK);
    
    if(ret == -1){
        perror("access");
        return -1;
    }

    printf("文件存在\n");
    return 0;
}

chmod - 修改文件权限

/*
    #include <sys/stat.h>
    int chmod(const char *pathname, mode_t mode);

    参数：
        mode - 需要修改的权限值 八进制rwx
    返回值：
        成功 - 0
        失败 - -1
*/
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
int main(){

    int ret = chmod("a.txt" , 0775);

    if(ret == -1){
        perror("chmod");
        return -1;
    }

    printf("修改成功\n");

    return 0;
}

chown - 修改文件所有者/所有组

//通过 vim /etc/group 查所属组 和 id
// id 用户名可查uid 和 gid
#include <unistd.h>

int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);

truncate - 缩减/扩展文件大小

/*
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>

    int truncate(const char *path, off_t length);
        作用：缩减/扩展文件至指定大小
        参数：
            path - 文件路径
            length - 指定最终文件大小
        返回值：
            成功 - 0
            失败 - -1
*/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>

int main(){

    int ret = truncate("b.txt" , 20);

    if(ret==-1){
        perror("truncate");
        return -1;
    }

    printf("修改文件大小成功");

    return 0;

}

目录操作函数

mkdir

/*
    #include <sys/stat.h>
    #include <sys/types.h>

    int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
        作用：创建目录
        参数：
            pathname - 创建的目录路径
            mode - 权限 八进制
        返回值：
            成功 - 0
            失败 - -1
*/
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
int main(){

    int ret = mkdir("aaa" , 0777);

    if(ret == -1){
        perror("mkdir");
        return -1;
    }

    printf("创建目录成功\n");
    
    return 0;
}

rmdir - 只能删除空目录

rename - 文件的重命名

chdir - 修改当前工作目录

getcwd - 获取当前工作路径

/*
    #include <unistd.h>
    int chdir(const char *path);
        作用：修改进程的工作目录
        参数：
            path - 需要修改的工作目录

    #include <unistd.h>
    char *getcwd(char *buf, size_t size);
        作用：获取当前工作目录
        参数：
            buf - 存储路径，指向数组
            size - 数组大小
        返回值：
            指向的一块内存 这个数据就是第一个参数

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

int main(){
    // 获取当前路径
    char buf[128];
    getcwd(buf , sizeof(buf));

    printf("当前工作目录：%s\n" , buf);

    // 改目录
    int ret = chdir("/home/nowcoder/linux/lesson13");

    if(ret == -1){
        perror("chdir");
        return -1;
    }

    printf("已切换目录\n");

    int fd = open("chdir.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0664);

    if(fd == -1){
        perror("open");
        return -1;
    }

    close(fd);


    char buf1[128];
    getcwd(buf1 , sizeof(buf1));

    printf("当前工作目录：%s\n" , buf1);

    return 0;
}

目录遍历函数

opendir

readdir

closedir

/*
    // 打开一个目录
    #include <sys/types.h>
    #include <dirent.h>
    DIR *opendir(const char *name);
        参数：
            name - 打开目录名
        返回值:
            DIR* - 目录流信息
            错误返回NULL


    // 读取目录中的数据
    #include <dirent.h>
    struct dirent *readdir(DIR *dirp);
        参数：
            dirp - opendir返回的结果
        返回值：
            struct dirent * - 读取到的文件信息
            读到末尾/失败 返回NULL

    // 关闭目录
    #include <sys/types.h>
    #include <dirent.h>
    int closedir(DIR *dirp);
        参数：opendir的返回值



*/
#define _DEFAULT_SOURCE
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int getnum(const char* path);
// 读某个目录下所有普通文件的个数
int main(int argc , char *argv[]){
    if(argc<2){
        printf("%s path\n" , argv[0]);
        return -1;
    }

    int num = getnum(argv[1]);

    printf("普通文件个数：%d\n" , num);


    return 0;
}

// 用于获取目录下所有普通文件个数
int getnum(const char* path){
    // 1. 打开目录
    DIR* dir = opendir(path);
    if(dir == NULL){
        perror("opendir");
        return -1;
    }


    // 2. 读取
    struct dirent *ptr;

    // 普通文件个数
    int tol = 0;
    
    while((ptr = readdir(dir))!=NULL){
        // 获取名称
        char* dname = ptr->d_name;

        // 忽略. ..
        if(strcmp(dname,".")==0 || strcmp(dname,"..")==0){
            continue;
        }

        // 判断是否是普通文件
        if(ptr->d_type == DT_DIR){
            // 目录
            char newpath[256];
            sprintf(newpath , "%s/%s" , path , dname);
            tol += getnum(newpath);
        }

        if(ptr->d_type == DT_REG){
            // 普通文件
            tol++;
        }
    }

    closedir(dir);

    return tol;
}

dup、dup2函数

dup - 复制文件描述符

/*
    #include <unistd.h>
    int dup(int oldfd);
        作用：复制一个新的文件描述符（指向同一文件）
    int dup2(int oldfd, int newfd);

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

int main(){
    int fd = open("a.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0664);

    int fd1 = dup(fd);

    if(fd1 == -1){
        perror("dup");
        return -1;
    }

    printf("fd: %d , fd1: %d\n" , fd , fd1);

    close(fd);

    char* str = "hello";
    int ret = write(fd1 , str , strlen(str));
    if(ret == -1){
        perror("write");
        return -1;
    }

    close(fd1);
    return 0;
}

dup2 - 重定向文件描述符

/*
    #include <unistd.h>
    int dup2(int oldfd, int newfd);
        作用：重定向文件描述符 若newfd被使用 会先关闭在指
        若oldfd==newfd 不做任何操作
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(){

    int fd = open("1.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0664);
    if(fd == -1){
        perror("open");
        return -1;
    }

    int fd1 = open("2.txt" , O_RDWR|O_CREAT , 0664);
    if(fd1 == -1){
        perror("open");
        return -1;
    }

    printf("fd: %d , fd1: %d\n" , fd , fd1);

    int fd2 = dup2(fd , fd1);
    if(fd2 == -1){
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 通过fd1写数据
    char* str = "hello";
    int len = write(fd1 , str , strlen(str));
    if(len == -1){
        perror("write");
        return -1;
    }
    printf("fd: %d , fd1: %d , fd2: %d\n" , fd , fd1 , fd2);

    close(fd);
    close(fd1);
    return 0;
}

fcntl函数

1. 复制文件描述符；2. 设置/获取文件状态标志

/*
    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>
    int fcntl(int fd, int cmd, ...  );
        参数：
            fd - 需要操作的文件描述符
            cmd - 对文件描述符的操作
                1. 复制文件描述符 F_DUPFD
                2. 获取指定文件描述符文件状态flag(同open) F_GETFL
                3. 设置指定文件描述符文件状态 F_SETFL
                    O_APPEND 追加数据
                    O_NOnBLOCK 设置成非阻塞
*/
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(){

    // 复制文件描述符
    // int fd = open("1.txt" , O_RDONLY);
    
    // int ret = fcntl(fd , F_DUPFD);

    // 2. 修改/获取文件状态标志

    int fd = open("1.txt" , O_RDWR);

    if(fd == -1){
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 获取flag
    int flag = fcntl(fd , F_GETFL);
    if(flag == -1){
        perror("fcntl");
        return -1;
    }

    flag |= O_APPEND;

    // 修改flag
    int ret = fcntl(fd , F_SETFL , flag);
    if(ret == -1){
        perror("fcntl");
        return -1;
    }
    char* str = "nihao";
    write(fd , str , strlen(str));

    close(fd);

    return 0;
}

Node: 一定要注意如果一个文件的权限是只读即使通过fcntl设置了O_APPEND还是不能往文件里写