【Linux】系统调用接口

文章目录

open
close
write
read
文件描述符
重定向
缓冲方式
FILE
inode文件系统
软硬链接

open

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

       int open(const char *pathname, int flags);
       int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

参数解析
1.pathname:要打开或创建的目标文件
2.flags：打开文件时可以传入多个参数进程，用下面的一个或者多个常量进行“或”运算，构成flags.
参数：

O_RDONLY  只读
O_WRONLY 只写
O_RDWR  读写打开
O_CRWAT 文件不存在创建它
O_APPEND  追加写

返回值：成功返回新打开文件的描述符
失败返回 -1
open函数具体使用哪个由具体应用场景相关，如目标文件不存在，需要open创建，则选择三个参数的open，它的第三个参数表示创建文件的默认权限，否则使用两个参数的open。

close

       #include <unistd.h>

       int close(int fd);

参数fd为要关闭文件的文件描述符
返回值：成功返回 0，失败返回-1

write

       #include <unistd.h>

       ssize_t pwrite(int fildes, const void *buf, size_t nbyte,
              off_t offset);
       ssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbyte);

使用

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


int main()
{
  int fd = open("myfile",O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
  if(fd < 0)
  {
      perror("open");
      return 1;
  }
  int count = 3;
  const char* buf = "hello taotao\n";
  while(count--)
  {
     write(fd,buf,strlen(buf));
  }
  close(fd);
  return 0;
}

上述代码使用open打开并创建一个新文件并在新文件中写入3行hello taotao。

read

       #include <unistd.h>

       ssize_t pread(int fildes, void *buf, size_t nbyte, off_t offset);
       ssize_t read(int fildes, void *buf, size_t nbyte);

使用

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

int main()
{
  int fd = open("myfile",O_RDONLY);
  if(fd < 0)
  {
    perror("open");
    exit(1);
  }
  const char* msg = "hello taotao\n";
  char buf[1024];
  while(1)
  {
    ssize_t s = read(fd,buf,strlen(msg));
    if(s > 0)
    {
      printf("%s",buf);
    }else{
      buf[s] = 0;
      break;
    }
  }
  close(fd);
  
}

文件描述符

前面我们在open提到了它的返回值：文件描述符，文件描述符号就是一个整数

Linux 进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符号，分别是标准输入0，标准输出1，标准错误2.
0, 1，2对应的物理设备一般是：键盘，显示器，显示器。
本质

当我们打开文件时，OS在内存中要创建相应的数据结构来描述目标文件，于是就有了file结构体，表示一个已经打开的文件对象，而进程执行open系统调用，所以必须让进程与文件关联起来，每个进程都有一个指针*files，指向一张表files_struct,该表最重要的部分就是包含了一个指针数组，每个元素都是一个指向打开文件的指针！，所以本质上，文件描述符就是该数组的下标。
文件描述符的分配单元
在files_struct数组中，找到当前没有被使用的最小的一个下标，作为新的文件描述符。

重定向

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
  close(1);
  int fd =open("myfile",O_RDONLY | O_CREAT,00644);
  if(fd < 0)
  {
    perror("open");
    return 1;
  }
  printf("fd:%d\n",fd);
  fflush(stdout);
  close(fd);
  exit(0);
}

执行上述代码我们发现本应该输出在显示器上的内容，输出到了文件myfile中，其中fd为1，这种现象叫做重定向，常见的重定向有>,>>,<。
在这里插入图片描述
重定向的本质：
printf是c库当中的IO函数，一般在stout中输出，但是stdout底层访问文件的时候，找的还是fd：1，但此时，fd：1下标表示的内容已经变成myfile的地址，不再是显示器文件的地址，所以输出的任何消息都往文件里面写，进而完成重定向。

缓冲方式

无缓冲：直接缓冲刷新
行缓冲：按行缓冲刷新
全缓冲：默认只有缓冲区应写满才会刷新非强制刷新

FILE

因为IO相关函数与系统调用接口对应，并且库函数封装系统调用，所以，本质上，访问文件是通过fd访问的。所以c库当中的FILE结构体内部，必定封装了fd。
一般c库函数写入文件时是全缓冲的，而写入显示器是行缓冲的
printf fwrite等库函数自带缓冲区，write系统没有缓冲区说明缓冲区是c库提供的。
printf fwrite等库函数发生重定向时，数据的写入方式由行缓冲变成了全缓冲。
而我们放在缓冲区的数据，不会被立即刷新，甚至fork之后
但是我们进程退出之后，会统一刷新，写入文件当中
fork的时候，父子数据会发生写时拷贝，所以当父进程准备刷新的时候，子进程也就有了同样一份数据，随即产生两份数据
write没有变化，说明没有所谓的缓冲

inode文件系统

inode是指在许多Unix文件系统中的一种数据结构。每个inode保存了文件系统的一个文件系统对象(文件的字节数，文件拥有者的ID，所在组ID，文件的读写执行权限，文件的链接数，文件数据lock的位置，文件的时间戳（1.ctime:inode上一次变动的时间2.mtime指文件内容上一次变动的时间3.atime文件上一次打开的时间），文件最后的访问时间ACCESS,文件属性最后的修改时间Change，文件内容最后的修改时间Modify）信息数据，但不包括数据内容或者文件名。
文件系统创建（格式化）时，就把存储区域分为两大连续的存储区域。一个用来保存文件系统对象的元信息数据，这是由inode组成的表，每个inode默认是256字节或者128字节。inode节点的字数在格式化时就已经给定了，一般是1kb或每2kb就设置一个inode；另一个用来保存“文件系统对象”的内容数据，划分为512字节的扇区，以及由8个扇区组成的4K字节的块。块是读写时的基本单位。一个文件系统的inode的总数是固定的。这限制了该文件系统所能存储的文件系统对象的总数目。典型的实现下，所有inode占用了文件系统1%左右的存储容量。

在这里插入图片描述

使用stat 文件名可以查看该文件的inode信息
使用ls -li会显示文件元数据

从左☞右分别表示：文件inode号，权限，硬链接数，文件所有者，组，大小，最后修改时间，文件名
ds -i命令会显示下图信息
inode不包含文件名或目录名的字符串，只包含文件或目录的“元信息”。Unix的文件系统的目录也是一种文件。打开目录，实际上就是读取“目录文件”。目录文件的结构是一系列目录项（dirent）的列表。每个目录项，由两部分组成：所包含文件或目录的名字，以及该文件或目录名对应的inode号码。文件系统中的一个文件是指存放在其所属目录的“目录文件”中的一个目录项，其所对应的inode的类别为“文件”；文件系统中的一个目录是指存放在其“父目录文件”中的一个目录项，其所对应的inode的类别为“目录”。可见，多个“文件”可以对应同一个inode;多个“目录”可以对应同一个inode。文件系统中如果两个文件或者两个目录具有相同的inode号码，那么就称它们是“硬链接”关系。实际上都是这个inode的别名。换句话说，一个inode对应的所有文件（或目录）中的每一个，都对应着文件系统某个“目录文件”中唯一的一个目录项。创建一个目录时，实际做了3件事：在其“父目录文件”中增加一个条目；分配一个inode；再分配一个存储块，用来保存当前被创建目录包含的文件与子目录。被创建的“目录文件”中自动生成两个子目录的条目，名称分别是：“.”和“…”。前者与该目录具有相同的inode号码，因此是该目录的一个“硬链接”。后者的inode号码就是该目录的父目录的inode号码。所以，任何一个目录的"硬链接"总数，总是等于它的子目录总数（含隐藏目录）加2。即每个“子目录文件”中的“…”条目，加上它自身的“目录文件”中的“.”条目，再加上“父目录文件”中的对应该目录的条目。通过文件名打开文件，实际上是分成三步实现：首先，操作系统找到这个文件名对应的inode号码；其次，通过inode号码，获取inode信息；最后，根据inode信息，找到文件数据所在的block，读出数据。
目录也是文件包括文件名与文件名的inode号，权限r/w针对自己，要读取inode节点内的信息需要执行权限x。
创建一个文件的步骤