POSIX 文件及目录管理1

POSIX 文件及目录管理

1.文件流与文件描述符的区别
在C库中，实现了对系统IO接口的封装，使得用户更加方便使用，但是不管如何实现，最终都要通过内核实现对文件的读写控制。

下面举个例子来看一下C库与系统中对于标准输入，标准输出与标准错误的头文件定义

//C库
[liu@localhost /]$ cat /usr/include/stdio.h | grep '_IO_FILE*'
struct _IO_FILE;
typedef struct _IO_FILE FILE;
typedef struct _IO_FILE __FILE;
extern struct _IO_FILE *stdin;      /* Standard input stream.  */
extern struct _IO_FILE *stdout;     /* Standard output stream.  */
extern struct _IO_FILE *stderr;     /* Standard error output stream.  */

//POSIX
[liu@localhost /]$ cat /usr/include/unistd.h | grep 'STD'
#ifndef _UNISTD_H
#define _UNISTD_H   1
   _LFS64_STDIO         Standard I/O supports large files.
#define STDIN_FILENO    0   /* Standard input.  */
#define STDOUT_FILENO   1   /* Standard output.  */
#define STDERR_FILENO   2   /* Standard error output.  */

文件描述符：数字（整形）
文件流：struct FILE* 结构体指针

关系：文件流的定义中包含有文件描述符，是C库对unistd.h的一种封装。

文件表结构图
在PCB中有结构体：struct files_struct*file，指向的就是进程文件的基本信息，而 file_struct 结构体就含有一个 struct file* fd数组，这个数组每个成员都记录着打开文件的信息，而数组的下标就是文件描述符。

文件表格结构图

POSIX标准下的IO管理

创建/打开/关闭文件
打开文件的系统调用接口是open函数

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
参数：
pathname:打开文件的路径以及文件名
falgs:打开选项，也即是file struct_operations
mode:创建的文件的权限，通常还和系统umask掩码有关。

下面对于参数falgs的几个宏进行介绍

The argument flags must include one of the following  access  modes:O_RDONLY, 
O_WRONLY, or O_RDWR.  These request opening the file read-only, write-only, 
or read/write, respectively.
对于参数falgs 有三个必选项：
    O_RDONLY : 只读方式打开
    O_WRONLY : 只写方式打开
    O_RDWR   : 以读写方式打开 

    falgs还有一系列非必选项可以通过man手册查找   
    其中O_CREAT 选项是打开文件，若不存在则创建该文件

open的使用

[liu@localhost 04]$ vim open.c

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <fcntl.h>
  4 
  5 int main(void)
  6 {
  7     int fd = open("./tmp.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
  8     printf("fd is : %d\n", fd);
  9     return 0;
 10 }

在运行可执行文件open之前可以看到只有open和open.c两个文件

[liu@localhost 04]$ cc open.c -o open
[liu@localhost 04]$ ls
open  open.c

运行open以后，创建了一个新文件tmp.txt

[liu@localhost 04]$ ./open 
fd is : 3
[liu@localhost 04]$ ls
open  open.c  tmp.txt

查看文件权限

[liu@localhost 04]$ ll tmp.txt 
-rw-r--r--. 1 liu liu 0 Aug 24 04:39 tmp.txt

文件的权限就是644
但是在创建文件的时候，权限还是与umask掩码息息相关，若要创建权限大于系统默认权限的文件，那么需要在程序中改变umask掩码的值。

close的使用

close()  closes a file descriptor, so that it no longer refers to any file and may be reused.

用于关闭一个打开的文件，通常与open成对使用
函数原型：int open(int fd)
成功返回0，失败返回-1

写入/读取文件
当文件被open打开或者创建之后，open会规定文件的打开方式，下面需要用到文件操作函数对其进行写入或读取的操作

write系统调用接口

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 
write() writes up to count bytes from the buffer pointed buf to the file referred to by the file descriptor fd.

向指定的文件描述符对应的文件写入数据

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <fcntl.h>
  4 #include <string.h>
  5 
  6 int main(void)
  7 {
  8     int fd = open("./tmp.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
  9 
 10 
 11     const char* arr = "this is form function open\n";
 12     //向tmp中写入内容
 13     int ret = write(fd, arr, strlen(arr));
 14     if(ret < 0)
 15     {
 16         perror("write:"),
 17             exit(1);
 18     }
 19 
 20     return 0;
 21 }

编译运行后发现tmp文件被写入了信息

[liu@localhost 04]$ gcc open.c -o read
[liu@localhost 04]$ ls
open  open.c  read  tmp.txt
[liu@localhost 04]$ ./read 
[liu@localhost 04]$ ls 
open  open.c  read  tmp.txt
[liu@localhost 04]$ cat tmp.txt 
this is form function open

read系统调用接口

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <fcntl.h>
  4 #include <string.h>
  5 
  6 int main(void)
  7 {
  8     int fd = open("./open.c", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
  9 
 10     char buff[1024] = {};
 11         int ret = read(fd,buff, 1023);
 12         if(ret < 0)
 13         {
 14             perror("write:"),
 15             exit(1);
 16         }
 17     printf("%s", buff);
 18 
 19     return 0;
 20 }

运行结果打印在屏幕上文件内容

[liu@localhost 04]$ gcc open.c -o read
[liu@localhost 04]$ ./read 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    int fd = open("./open.c", O_RDWR|O_CREAT, 0644);

    char buff[1024] = {};
        int ret = read(fd,buff, 1023);
        if(ret < 0)
        {
            perror("write:"),
            exit(1);
        }
    printf("%s", buff);

    return 0;
}

文件读写指针偏移
lseek用于文件读写指针偏移

off_t lseek(int fd//文件描述符, off_t offset//偏移量, int whence//偏移起始位置);
The lseek() function repositions the offset of the open file associated with the file descriptor fd to the argument offset according to the direc-
       tive whence as follows:

       SEEK_SET 起始位置开始偏移
              The offset is set to offset bytes.

       SEEK_CUR 当前位置开始偏移
              The offset is set to its current location plus offset bytes.

       SEEK_END 结尾位置开始偏移
              The offset is set to the size of the file plus offset bytes.


  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <fcntl.h>
  4 #include <string.h>
  5 
  6 int main(void)
  7 {
  8     int fd = open("./open.c", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
  9     lseek(fd, 70, SEEK_SET);
 10     char buff[1024] = {};
 11         int ret = read(fd,buff, 1023);
 12         if(ret < 0)
 13         {
 14             perror("write:"),
 15             exit(1);
 16         }
 17     printf("%s", buff);
 18 
 19     return 0;
 20 }

[liu@localhost 04]$ ./lseek 
ring.h>

int main(void)
{
    int fd = open("./open.c", O_RDWR|O_CREAT, 0644);
    lseek(fd, 70, SEEK_SET);
    char buff[1024] = {};
        int ret = read(fd,buff, 1023);
        if(ret < 0)
        {
            perror("write:"),
            exit(1);
        }
    printf("%s", buff);

    return 0;
}

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