简单了解linux 文件I/O

作者: | 更新日期:

之前一直没系统的阅读linux书籍,过年回家看了几章UNIX环境高级编程,发现挺好的,现在记录一下文件I/O 相关知识点。

背景

常见的文件IO函数时 open, create, close, read, lseek, write 这六个函数,大家都经常见到的。

但是提起 dup, dup2, fcntl, ioctl 这些函数, 很多人就不认识了。

这里就重点介绍一下这些不认识的函数吧, 对于常见的函数只是简单的提一下吧。

基础知识

对于内核而言,所有打开的文件都是通过文件描述符引用。
当打开或者创建一个文件的时候,内核向进程返回一个文件描述符(非负整数)。
后续对文件的操作只需通过该文件描述符,内核记录有关这个打开文件的信息(file结构体)。

一个进程启动时,默认打开了3个文件,标准输入、标准输出、标准错误,对应文件描述符是0(STDIN_FILENO)、1(STDOUT_FILENO)、2(STDERR_FILENO),这些常量定义在unistd.h头文件中。

open 函数

open 函数可以打开或创建一个文件。

#include<fcntl.h>
int open(const char *path, int flags, ... /* mode_t mode */);

path 是文件名字, flags是打开文件的选项。

选项大概有下面这些

create 函数

create 函数创建一个新文件。

#include<fcntl.h>
int create(const char *path, int flags,  mode_t mode);

参数说明请参考 open 函数。

close 函数

close 关闭一个打开的文件,参数为文件描述符。

#include<unistd.h>
int close(int filedes);

lseek 函数

lseek 显示的位打开的文件设置偏移量,打开时偏移量为0。

#include<unistd.h>
off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence);

参数简单解释

read 函数

read 函数从打开的文件读数据。

#include<unistd.h>
off_t read(int filedes, void* buf, size_t nbytes);

write 函数

write 函数从打开的文件写数据。

#include<unistd.h>
off_t write(int filedes, const void* buf, size_t nbytes);

文件共享

如果一个进程或线程操作一个文件, 那没什么问题。
但是多个进程和线程同时操作一个文件时,就需要共享打开的文件了。

内核中IO的数据结构

内核使用三种数据结构表示打开的文件。

  1. 进程在进程表中中都有一个记录项:文件描述符和指向一个文件表项的指针
  2. 内核为所有打开的文件维持一张文件表;文件状态标志,文件当前偏移量,指向该文件v节点表项的指针
  3. 每个打开的文件都有一个v节点结构:文件信息。

两个进程打开同一个文件,会共用一个 v节点表。

当多个进程同时写一个文件时,就会发生意想不到的问题了。

例如后来新增的 pread 和 pwrite 就是将seek 操作和io操作合并为一个原子操作的扩展。

dup 复制文件描述符函数

复制一个现有的文件描述符

#include<unistd.h>
int dup(int filedes);
int dup2(int filedes, int filedes2);

dup 复制当前文件描述符,返回最小的可用的文件描述符。
dup2 将当前文件描述符复制到指定的文件描述符,指定的文件描述符若一打开,则先关闭。

复制文件描述符后, 他们共享同一个文件表。

sync 同步函数

sync 主要用于刷新缓存。

#include<unistd.h>
int fsync(int filedes);
int fdatasync(int filedes);
void sync(void);

sync 函数将所有修改过的块缓冲区排入写队列后立即返回。
fsync 函数只对指定的文件的搜索修改的块缓冲写入到队列,并等待写到磁盘后返回。
fdatasync 函数将所有数据写入磁盘后返回。fsync 只是将数据写到磁盘,文件属性信息写到磁盘之前就返回了。

fcntl 函数

fcntl 函数改变已经打开的文件的性质

#include<unistd.h>
int fcntl(int filedes, int cmd, .../* int arg */);

fcntl 的具体功能如下

ioctl 函数

ioctl 函数时 IO 操作的杂物箱, 上面函数不能实现的功能,都在这里面实现。

比如操作磁带,获取和设置终端窗口大小以及终端的高级功能。

参考资料

点击查看评论

关注公众号,接收最新消息

关注小密圈,学习各种算法

tiankonguse +
穿越