Linux 文件I/O

函數open和openat

#include <fcntl.h>

int open(const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */);
int openat(int fd, const char *path, int oflag, ... /* mode_t mode */);

兩個函數的返回值：若成功，返回文件描述符；若出錯，返回-1

fd參數把open和openat函數區分開，共有三種可能性。

1. path參數指定的是絕對路徑，在這種狀況下，fd參數被忽略，openat函數就至關於open函數。
2. path參數指定的是相對路徑，fd參數指出了相對路徑名在文件系統中的開始地址。fd參數是經過打開相對路徑名所在的目錄來獲取。
3. path參數指定了相對路徑，fd參數具備特殊值AT_FDCWD。在這種狀況下，路徑名在當前工做目錄中獲取，openat函數在操做上與open函數相似。

函數中的oflag參數說明。

• O_RDONLY 只讀打開。
• O_WRONLY 只寫打開。
• O_EXEC 只執行打開。
• O_SEARCH 只搜索打開（應用於目錄）。
• O_APPEND 每次寫時都追加到文件的尾端。
• O_CLOEXEC 把FD_CLOEXEC常量設置爲文件描述符標誌。
• O_CREAT 若此文件不存在則建立它。使用此選項時，open函數須要同時說明第三個參數mode，用mode指定該新文件的訪問權限位。
• O_EXCL 若是同時指定了O_CREAT，而文件已經存在，則出錯。用此能夠測試一個文件是否存在，若是不存在，則建立此文件，這使測試和建立二者成爲一個院子操做。
• O_NOCTTY 若是path引用的是終端設備，則不將該設備分配做爲此進程的控制終端。
• O_NOFOLLOW 若是path引用的是一個符號連接，則出錯。
• O_NONBLOCK 若是path引用的是一個FIFO、一個塊特殊文件或一個字符特殊文件，則此選項爲文件的本次打開操做和後續的I/O操做設置非阻塞方式。
• O_SYNC 使每次write等待物理I/O操做完成，包括由該write操做引發的文件屬性更新所需的I/O。
• O_TRUNC 若是此文件存在，並且爲只寫或讀寫成功打開，則將其長度截斷爲0。
• O_TTY_INIT 若是打開一個還未打開的終端設備，設置非標準termios參數值，使其符合Single UNIX Specification。
• O_DSYNC 使每次write要等待物理I/O操做完成，可是若是該寫操做並不影響讀取剛寫入的數據，則不須要等待文件屬性被更新。
• O_RSYNC 使每個以文件描述符做爲參數進行的read操做等待，直至全部對文件同一部分掛起的寫操做都完成。

函數creat

#include <fcntl.h>

int creat(const char *path, mode_t mode);

返回值：若成功，返回只寫打開的文件描述符；若出錯，返回-1

該函數等於：

int open(const char *path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

函數close

#include <unistd.h>

int close(int fd);

返回值：若成功，返回0；若出錯，返回-1

關閉一個文件時還會釋放該進程加在該文件上的全部記錄鎖。當一個進程終止時，內核自動關閉它全部的打開文件。不少程序利用了這一功能而不顯式地用close關閉打開的文件。

函數lseek

#include <unistd.h>

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

off_t爲帶符號整形

返回值：若成功，返回新的文件偏移量；若出錯，返回-1

參數offset的解釋與whence的值有關。

• 若whence是SEEK_SET，則將該文件的偏移量設置爲距文件開始處offset個字節。
• 若whence是SEEK_CUR，則將該文件的偏移量設置爲其當前值加offset，offset可爲正或負。
• 若whence是SEEK_END，則將該文件的偏移量設置爲文件長度加offset，offset可爲正或負。

若是文件描述符指向的是一個管道、FIFO或網絡套接字，則lseek返回-1，並將errno設置爲ESPIPE。

函數read

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);

返回值：讀到的字節數，若已到文件尾，返回0。若出錯，返回-1

有多種狀況可能使讀到的字節數少於要求讀的字節數。

• 讀普通文件時，在讀到要求字節數以前已經達到了文件尾端。
• 當從終端設備讀時，一般一次最多讀一行。
• 當從網絡讀時，網絡中的緩衝機制可能形成返回值小於所要求讀的字節數。
• 當從管道或者FIFO讀時，若是管道包含的字節少於所需的數量，則read將只返回實際可用的字節數。
• 當從某些面向記錄的設備（如磁帶）讀時，一次最多返回一個記錄。
• 當被信號中斷，而已經讀取了部分數據時。

函數write

#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);

返回值：若成功，返回已寫的字節數；若出錯，返回-1

原子操做函數pread和pwrite

#include <unistd.h>

ssize_t pread(int fd, void *buf, size_t nbytes, off_t offset);
返回值：讀到的字節數，若已到文件尾，返回0；若出錯，返回-1

ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t nbytes, off_t offset);
返回值：若成功，返回已寫的字節數；若出錯，返回-1

調用pread至關於調用lseek後調用read，可是pread又與這種順序調用有區別（調用pwrite與調用pread相同）。

• 調用pread時，沒法中斷其定位和讀操做。
• 不更新當前文件偏移量。

函數dup和dup2

#include <unistd.h>

int dup(int fd);
int dup2(int fd, int fd2);

兩個函數的返回值：若成功，返回新的文件描述符；若出錯，返回-1

由dup返回的文件描述符必定是當前可用文件描述符中的最小數值。對於dup2，能夠用fd2參數指定新文件描述符。若是fd2已經打開，則先將其關閉。若是fd等於fd2，則dup2返回fd2，而不關閉它。不然，fd2的FD_CLOEXEC文件描述符標誌被清除，這樣fd2在進程調用exec時是打開狀態。

函數sync, fsync, fdatasync

當咱們向文件寫入數據時，內核一般先將數據複製到緩衝區中，而後排入隊列，晚些時候再寫入磁盤。這種方式被稱爲延遲寫（delayed write）。爲了保證磁盤上實際文件與緩衝區中內容的一致性，UNIX提供了sync，fsync和fdatasync三個函數。

#include <unistd.h>

int fsync(int fd);
int fdatasync(int fd);
返回值：若成功，返回0；若出錯，返回-1

void sync(void);

sync只是將全部修改過的塊緩衝區排入寫隊列，而後返回，它並不等待實際的寫磁盤操做結束。

fsync函數只對文件描述符fd指定的一個文件起做用，而且等待寫磁盤操做結束才返回。

fdatasync函數相似於fsync，但它隻影響文件的數據部分。fsync還會同步更新文件的屬性。

函數fcntl

fcntl函數能夠改變已經打開文件的屬性。

#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* int arg */);

返回值：若成功，則依賴於cmd；若出錯，返回-1

fcntl函數有如下5中功能。

1. 複製一個已有的描述符（cmd = F_DUPFD或F_DUPFD_CLOEXEC）。
2. 獲取或設置文件描述符標誌（cmd = F_GETFD或F_SETFD）。
3. 獲取或設置文件狀態標誌（cmd = F_GETFL或F_SETFL）。
4. 獲取或設置異步I/O全部權（cmd = F_GETOWN或F_SETOWN）。
5. 獲取或設置記錄鎖（cmd = F_GETLK, F_SETLK或F_SETLKW）。

函數ioctl

#include <unistd.h>  /* System V */
#include <sys/ioctl.h>  /* BSD and Linux */

int ioctl(int fd, int request, ...);

返回值：若出錯，返回-1；若成功，返回其餘值

在此原型中，咱們表示的只是ioctl函數自己所要求的頭文件。一般，還要求另外的設備專用頭文件。例如，終端I/O的ioctl命令都須要頭文件<termios.h>。每一個設備驅動程序能夠定義本身專用的一組ioctl命令，系統則爲不一樣類型的設備提供通用的ioctl命令。