Linux 文件IO管理 - POSIX

以下是对POSIX的简短解释：

POSIX表示可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX，缩写为 POSIX ），POSIX标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准，是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行的软件而定义的一系列API标准的总称，其正式称呼为IEEE 1003，而国际标准名称为ISO/IEC 9945

POSIX标准意在期望获得源代码级别的软件可移植性。换句话说，为一个POSIX兼容的操作系统编写的程序，应该可以在任何其它的POSIX操作系统（即使是来自另一个厂商）上编译执行

1. 创建 / 打开 / 关闭文件

1). 打开文件 / open

• 作用：
  
  打开一个文件，并返回文件描述符

• 头文件：

      #include <fcntl.h>
  

• 函数原型：

      int open(const char *file_name, int flags)
      int open(const char *file_name, int flags, mode_t mode)
  

• 参数：

• file_name: 欲打开的文件名(可包含路径)
• mode: 创建文件的权限( mode & ~umask)
• flags：

flags	description
O_RDONLY	只读
O_WRONLY	只写
O_RDWR	读写
O_CREAT	若欲打开的文件不存在，则创建该文件 (需要用到第三个参数mode)
O_APPEND	追加的方式打开(定位到文件尾部)
O_TRUNC	截取一定长度
O_EXCL	若O_CREAT也设置，此指令检查文件是否存在：若不存在则建立新文件；若存在则报错
O_LARGEFILE	在32bit系统中，支持大于2G的文件的打开
O_DIRECTORY	若打开的文件不是目录，则报错

• 返回值：
  
  成功：返回文件描述符fd
  
  失败：-1

2). 关闭文件 / close

• 作用：
  
  关闭一个文件

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

      int close(int fd)
  

• 参数：

fd: 欲关闭的文件描述符

• 返回值：
  
  成功：返回文件描述符fd
  
  失败：-1

3). 创建文件 / creat

• 作用：
  
  创建一个文件，并返回文件描述符

• 头文件：

      #include <fcntl.h>
  

• 函数原型：

      int creat(const char *pathname, mode_t mode)
  

• 参数：

• pathname: 欲打开的文件名(可包含路径)
• mode: 创建文件的权限( mode & ~umask)

• 返回值：
  
  成功：返回文件描述符fd
  
  失败：-1

2. 文件读/写

1). 读 / read

• 作用：
  
  读取文件内容，并返回实际读取到的字节数

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

      ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)
  

• 参数：

• fd: 读取的文件的文件描述符
• buf: 暂存区(暂时存储读取到的文件内容)
• count: 读取的字节数

• 返回值：
  
  成功：读取的文件字节数(若返回值小于count,可能是读取到了EOF或者出错)
  
  失败：-1
• 说明:
  
  ssize_t其实为int

2). 写 / write

• 作用：
  
  向文件中写入一定的内容，并返回实际写入文件的字节数

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

      ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count)
  

• 参数：

• fd: 写入的文件的文件描述符
• buf: 暂存区(将该暂存区的内容写入到文件)
• count: 写入的字节数

• 返回值：
  
  成功：实际写入到文件的字节数
  
  失败：-1

3. 文件定位

1). 修改文件读写位置 / lseek

• 作用：
  
  修改文件的读写位置，并返回当前文件指针所在的位置

• 头文件：

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

• 函数原型：

      off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)
  

• 参数：

• fd: 写入的文件的文件描述符
• offset: 相对于第三个参数whence的偏移量
• whence:

whence	description
SEEK_SET	文件开始位置
SEEK_CUR	文件当前指针位置
SEEK_END	文件结束位置

• 返回值：
  
  成功：文件指针相对开始位置的偏移量(bytes)
  
  失败：-1

4. 文件映射

1). 文件映射到内存 / mmap

• 作用：
  
  将某特定文件映射到内存，使得进程可以像读写内存一样对文件进行读写操作

• 头文件：

      #include <sys/mman.h>
  

• 函数原型：

      void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset)
      int munmap(void *addr, size_t length)
  

• 参数：

• addr: 文件映射的内存地址，一般为NULL,由操作系统决定映射的起始地址
• length: 映射的文件内容的长度
• fd: 文件描述符
• offset: 文件指针的偏移量，即在何处开始文件的映射
• prot: 内存的读写状态

prot	description
PROT_READ	允许读该内存段
PROT_WRITE	允许写该内存段
PROT_EXEC	允许执行该内存段
PROT_NONE	该内存段不可被访问

• flags:

flags	descripion
MAP_PRIVATE	内存私有，其它进程不可见
MAP_SHARED	共享内存，该进程的内存的更新对其它进程可见

• 返回值：
  
  成功：文件指针相对开始位置的偏移量(bytes)
  
  失败：-1

5. 锁定/解锁文件

1). 锁定解锁文件 / fcntl & flock

• 作用：
  
  多进程对同一个文件进行操作时，可能对导致文件破坏；为了避免该问题，采用文件锁定的方式，即一个时间段内，只允许一个进程对文件进行操作

• 头文件：

      #include <unistd.h>
      #include <fcntl.h>
      #include <sys/file.h>   //for flock
  

• 函数原型：

      int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ )  //可对文件进行局部锁定
      int flock(int fd, int operation)    //锁定整个文件
  

• 参数：

• fd: 文件描述符
• operation: 映射的文件内容的长度

operation	description
LOCK_SH	共享锁，多个进程可在同一时间内对该文件进行操作
LOCK_EX	互斥锁定，任何两个进程不可同时对该文件进行操作
LOCK_UN	解除文件锁定状态
LOCK_NB	无法建立锁定时，不被阻塞，立即返回给进程

• cmd:

cmd	description
F_DUPFD	复制文件描述符
F_GETFD	获取与文件描述符相关联的close-on-exec
F_SETFD	将与文件描述符相关联的close-on-exec设置为第3个参数
F_GETFL	获取文件的状态标志与访问模式
F_SETFL	将文件状态标志设置为第3个参数

• 返回值：
  
  成功：依赖于操作
  
  失败：-1

6. 文件信息 / stat

• 作用：
  
  通过文件名获取文件的信息，包括文件类型、访问权限、节点、总大小等

• 头文件

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

• 函数原型：

    int stat(const char *file_name, struct stat *buf)
  

• 参数：

file_name: 文件路径名，可为绝对路径和相对路径(相对程序执行的目录)

buf: 为struct stat指针

      struct stat {
          dev_t     st_dev;     /* ID of device containing file */
          ino_t     st_ino;     /* inode number */
          mode_t    st_mode;    /* file type & mode */
          nlink_t   st_nlink;   /* number of hard links */
          uid_t     st_uid;     /* user ID of owner */
          gid_t     st_gid;     /* group ID of owner */
          dev_t     st_rdev;    /* device ID (if special file) */
          off_t     st_size;    /* total size, in bytes */
          blksize_t st_blksize; /* blocksize for file system I/O */
          blkcnt_t  st_blocks;  /* number of 512B blocks allocated */
          time_t    st_atime;   /* time of last access */
          time_t    st_mtime;   /* time of last modification */
          time_t    st_ctime;   /* time of last status change */
      };

 st_mode定义了以下几种情况：
     S_IFMT   0170000    //文件类型的位遮罩
     S_IFSOCK 0140000    //scoket
     S_IFLNK 0120000     //符号连接
     S_IFREG 0100000     //一般文件
     S_IFBLK 0060000     //区块装置
     S_IFDIR 0040000     //目录
     S_IFCHR 0020000     //字符装置
     S_IFIFO 0010000     //先进先出

     S_ISUID 04000     //文件的(set user-id on execution)位
     S_ISGID 02000     //文件的(set group-id on execution)位
     S_ISVTX 01000     //文件的sticky位

     S_IRUSR 00400     //文件所有者具可读取权限
     S_IWUSR 00200     //文件所有者具可写入权限
     S_IXUSR 00100     //文件所有者具可执行权限

     S_IRGRP 00040    //用户组具可读取权限
     S_IWGRP 00020    //用户组具可写入权限
     S_IXGRP 00010    //用户组具可执行权限

     S_IROTH 00004    //其它户具可读取权限
     S_IWOTH 00002    //其它用户具可写入权限
     S_IXOTH 00001    //其它用户具可执行权限

 Linux定义了以下几个宏，用于测试st_mode的类型：
     S_ISLNK (st_mode)    //判断是否为符号连接
     S_ISREG (st_mode)    //是否为一般文件(字符文件与二进制文件)
     S_ISDIR (st_mode)    //是否为目录
     S_ISCHR (st_mode)    //是否为字符装置文件
     S_ISBLK (s3e)        //是否为先进先出
     S_ISSOCK (st_mode)   //是否为socket
 Return True(1) or False(0)

• 返回值：
  
  成功：0
  
  失败：-1
  
  失败原因：见errno.

• 相似函数：

      int fstat(int fd, struct stat *buf)             //同stat（第一个参数为文件描述符）
      int lstat(const char *file_name, struct stat *buf)  //同stat(),只是若为符号链接文件，是链接本间，而非实际的文件