Unix文件操做

1、概述

Unix文件操做經常使用函數包括open、close、creat、lseek、dup、dup2、fcntl等，

其中open、creat、 fcntl函數須要包含頭文件<fcntl.h>，

其他幾個函數須要包含頭文件<unistd.h>。

因爲在Linux操做系統 中使用man命令能夠很是方便的查找函數原型及示例，這裏就不帖出函數原型了，只講一下使用時須要注意的地方。

2、文件描述符

每個在程序中打開的文件都有一個相應的文件描述符(file descriptor)，Unix操做系統中的文件描述符保存在/dev/fd目錄下。

每個進程對該目錄讀取到的結果都不想同（視該進程正在使用的文件 數而定）。

若是由open函數直接讀取該路徑下的文件，將視爲在此進程中對該文件描述符所對應的文件進行dup操做，在大多數操做系統中將忽略打開方式， 而部分操做系統要求打開方式爲所涉及文件原先打開方式的子集。

3、Flags

當使用O_APPEND方式打開文件時，每次調用write函數會在文件最後面寫入新數據，調用write函數後讀取當前文件偏移量 (current offset）能夠很清楚的看到該值與文件最大偏移量相等。

若是使用了O_RDWR | O_APPEND方式打開文件，程序能夠對該文件在任意位置實現讀取操做(read），但寫入操做(write)會使文件偏移量被重置，若是讀取與寫入混 合使用，可能會致使讀取位置出現誤差。

4、函數細說

4. 1 creat & open　　

　　creat函數與

open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

　　等同，使用creat函數的缺陷在於若是須要在建立的同時讀寫該文件，須要在建立後將文件關閉，從新以讀寫方式open該文件，相對而言，下面的調用方式更爲簡單：

open(pathname, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

　　其中，O_TRUNC表示：若是此文件存在，並且爲只讀或只寫成功打開，則將其長度截短爲0（即會清空文件內容）

4.2 lseek

　　在lseek函數中，偏移量(offset）是一個長整型，可正可負。若是偏移量大於文件最大偏移量，對該位置進行寫入操做，將對文件進行擴展，文件中的空洞（從原文件最大偏移量到寫入位置）被填充爲0，但並不佔用磁盤塊。

　　例如：

fd = creat("file.txt", S_IRWXU);
lseek(fd,102400,SEEK_SET);
write(fd,"abcdefg",7);

　　程序執行後，使用"ls -ls file.txt"命令能夠看出，文件file.txt所佔塊數爲8.

 4.3 read

　　使用read函數時，遇到如下狀況會使read函數提早返回：

• 文件讀取遇到EOF。
• 從終端中讀取到一行內容。(STDIN_FILENO)
• 當從網絡讀時,網絡中的緩衝機構可能形成返回值小於所要求讀的字節數。
• 從管道或FIFO中讀取到所有內容。
• 某些面向記錄的設備,例如磁帶,一次最多返回一個記錄。
• 接收到中斷信號。

5、File Sharing

5.1 說明

　　在進程中，一個進程所打開的全部文件描述符存放在一個table中，table中的每條記錄包括文件描述符falgs（file descriptor flags）和指向文件表的指針（fils pointer）。

　　一個文件表包含一個文件的狀態標誌（file status flags），當前偏移量（offset），一個指向v-node表的指針。一個v-node表包括v-node信息，i-node信息，文件大小等。如 圖1所示：

圖1. Unix文件表（進程中）

　　在多個進程中，可能出現多個文件描述符指向同一個文件，此時如圖2所示：

圖2. 多個進程中同時打開同一個文件

　　當使用dup、dup2函數後，文件描述符將被複制，此時如圖3所示：

圖3. dup後多個文件描述符指向同一個file table

5.2 控制多進程對文件的訪問

　　在進行多進程或多線程編程時，因爲沒法控制CPU對進程和線程的調度，若是不加以控制，可能會在任意兩條程序控制語句中間出現中斷，致使數據被污染。

　　可使用原語來保證在特定操做中數據不會被污染，使數據同步。

　　原語形式的文件讀寫函數爲 pread和pwrite。

　　也正由於數據可能被污染的緣由，雖然dup2(file1,file2)與close(file2); fcntl(file1, F_DUPFD, file2)等價，但第一個函數不會致使數據被污染，咱們應該使用第一個函數。

 

5.3 文件更新

　　在操做系統中，向文件中寫入數據每每只是暫時寫入至操做系統緩存中，由操做系統控制磁盤中文 件的更新時間。使用sync、fsync、fdatasync函數能夠實現磁盤中文件的實時更新。

　　使用sync函數時，文件表中的全部文件將被更新。

　　fsync函數只更新制定文件。

　　fdatasync函數只更新指定文件中的數據內容，而不更新相應的文件屬性。

 

　　若是file status flags中O_SYNC標誌被設置，程序中每次對該文件的write操做都將致使文件被更新；若是O_DSYNC被設置，程序中每次對該文件的write操做都將致使文件中的數據部分被更新。

 5.4 fcntl

　　fcntl函數能夠修改已打開文件的屬性。

　　當使用fcntl函數獲取文件狀態標記（file status flags）時，因爲O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR標記具備排外型，沒法被直接識別，須要由O_ACCMODE掩碼轉換後才能夠被識 別。

　　示例代碼以下：

#include <fcntl.h>
int
main(int argc, char *argv[])
{
int val;
if (argc != 2)
    err_quit("usage: a.out <descriptor#>");
if ((val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0)) < 0)
    err_sys("fcntl error for fd %d", atoi(argv[1]));
switch (val & O_ACCMODE) {
    case O_RDONLY:
    printf("read only");
    break;
case O_WRONLY:
    printf("write only");
    break;
case O_RDWR:
    printf("read write");
    break;
default:
    err_dump("unknown access mode");
}
if (val & O_APPEND)
    printf(", append");
if (val & O_NONBLOCK)
    printf(", nonblocking");
#if defined(O_SYNC)
if (val & O_SYNC)
    printf(", synchronous writes");
#endif
#if !defined(_POSIX_C_SOURCE) && defined(O_FSYNC)
if (val & O_FSYNC)
printf(", synchronous writes");
#endif
putchar('\n');
exit(0);
}