嵌入式 Linux系統程式設計（一）——檔案IO

一、檔案IO概念

        linux檔案IO操作有兩套大類的操作方式：不帶快取的檔案IO操作，帶快取的檔案IO操作。不帶快取的屬於直接呼叫系統呼叫（system call）的方式，高效完成檔案輸入輸出。它以檔案識別符號（整型）作為檔案唯一性的判斷依據。這種操作不是ASCI標準的，與系統有關，移植有一定的問題。而帶快取的是在不帶快取的基礎之上封裝了一層，維護了一個輸入輸出緩衝區，使之能跨OS，成為ASCI標準，稱為標準IO庫。不帶快取的方式頻繁進行使用者態 和核心態的切換，高效但是需要程式設計師自己維護；帶緩衝的方式因為有了緩衝區，不是非常高效，但是易於維護。由此，不帶緩衝區的通常用於檔案裝置的操作，而帶緩衝區的通常用於普通檔案的操作。

    檔案平時儲存在塊儲存裝置中的檔案系統中（靜態檔案），open開啟一個檔案時，linux核心在程序中建立一個開啟檔案的資料結構，記錄開啟的檔案的資訊；核心在記憶體中申請建立一段記憶體，並將靜態檔案的內容從塊儲存裝置讀取到特定地址管理存放（動態檔案）。

    開啟檔案後對這個檔案的讀寫操作都是針對記憶體中的動態檔案，當對動態檔案進行讀寫後，動態檔案和塊儲存裝置中的靜態檔案不同步，close時關閉動態檔案，核心將記憶體中的動態檔案的內容同步到塊儲存裝置的靜態檔案。

二、檔案描述符

    檔案描述符是一個非負整數，用來標識一個程序中開啟或建立的檔案。當開啟一個現有檔案或建立一個新檔案時，核心嚮應用程式程序返回一個檔案描述符。當讀或寫一個檔案時，使用

三、常用檔案IO函式

1、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);

Open函式返回開啟、建立檔案的檔案描述符，如果失敗返回-1。

Flags：

O_RDONLY   //只讀開啟

O_WRONLY   //只寫開啟

O_RDWR    //讀、寫開啟

O_APPEND   //每次寫時都追加到檔案的尾端

O_CREAT   //若此檔案不存在，則建立它。使用時，需要第三個引數mode

O_EXCL   //如果同時指定了O_CREAT,而檔案已經存在，則會出錯。用此可以測試一個檔案是否存在，如果不存在，則建立此檔案。

O_TRUNC  //如果此檔案存在，而且為只寫或讀寫成功開啟，則將其長度截短為0。

O_NONBLOCK  //如果pathname指的是一個FIFO、一個塊特殊檔案或一個字元特殊檔案，則此選項為檔案的本次操作和後續的I/O操作設定非阻塞模式。只用於裝置檔案，不能用於普通檔案。

O_SYNC    //使每次write都等到物理I/O操作完成，包括由write操作引起的檔案屬性更新所需的I/O。

Mode：

使用四個數字指定建立檔案的許可權，與linux的許可權設定相同，如0755

2、close

            #include <unistd.h>

       int close(int fd);

關閉檔案描述符fd指向的動態檔案，並存儲檔案和重新整理快取。

3、read

 #include <unistd.h>

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

Read成功返回讀取的位元組數，失敗返回-1

4、write

         #include <unistd.h>

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

Write成功返回寫入的位元組數，失敗返回-1。

5、lseek

    每一個已開啟的檔案都有一個讀寫位置，當開啟檔案時通常其讀寫位置是指向檔案開頭，若是以附加的方式開啟檔案(如O_APPEND)，則讀寫位置會指向檔案尾。當read()或write()時，讀寫位置會隨之增加，lseek()便是用來控制該檔案的讀寫位置。

#include <sys/types.h>

       #include <unistd.h>

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

Lseek成功,返回當前的位置，即當前位置距離檔案開頭的位元組數，失敗返回-1

Offset：偏移量

Whence：偏移基址

SEEK_SET：將讀寫位置指向檔案頭後再增加offset個位移量

SEEK_CUR：以目前的讀寫位置往後增加offset個位移量

SEEK_END：將讀寫位置指向檔案尾後再增加offset個位移量

A、 欲將讀寫位置移到檔案開頭時

lseek（int fd,0,SEEK_SET）；

返回0

B、欲將讀寫位置移到檔案尾時

lseek（int fd，0,SEEK_END）；

返回檔案長度

C、想要取得目前檔案位置時

lseek（int fd，0,SEEK_CUR）；

返回當前檔案指標相對於檔案開頭的偏移量

D、計算檔案長度

int get_file_length(const char *filename)

{

    unsigned int n = 0;

    unsigned int fd = open(filename, O_RDONLY);

    if(fd < 0)

    {   

        fprintf(stderr, "error:%s PID: %d\n", strerror(errno), getpid());

        return -1;

    }   

    n = lseek(fd, 0, SEEK_END);

    close(fd);

    return n;

}

E、建立空洞檔案

int create_null_file(const char *filename, unsigned int len)

{

    unsigned int fd = open(filename, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);

    if(fd < 0)

    {   

        fprintf(stderr, "error:%s PID: %d", strerror(errno), getpid());

        return -1;

    }   

    lseek(fd, len, SEEK_SET);

    write(fd, "\0",1);

    close(fd);

    return 0;

}

四、錯誤資訊

errno就是error number。

如果程式程式碼中包含 #include <errno.h>，函式呼叫失敗的時候，系統會自動用用錯誤程式碼填充errno這個全域性變數，取讀errno全域性變數可以獲得失敗原因。函式呼叫失敗是否會設定errno全域性變數由函式決定，並不是所有函式呼叫失敗都會設定errno變數。

#include <string.h>

char *strerror(int errnum);

fprintf(stderr,"error :%s, PID: %d ",strerror(errno),getpid());

根據errnum錯誤碼返回一個指向描述errnum錯誤碼資訊的字串指標。

 #include <stdio.h>

 void perror(const char *s);

perror ( )用來將上一個函式發生錯誤的原因輸出到標準錯誤(stderr),引數s 所指的字串會先打印出,後面再加上錯誤原因 字串。

五、檔案共享

檔案共享的是三種實現方式：

1、同一個程序中多次開啟同一個檔案

2、不同程序中多次開啟同一個檔案

3、Dup和dup2讓程序複製檔案描述符

    同一個程序中多次開啟同一個檔案，返回的檔案描述符不同，同時對這個檔案進行寫操作時，分別寫入內容，後邊寫入的內容將覆蓋前邊寫入的內容，此時不同的檔案描述符擁有自己的檔案指標。當open建立、開啟檔案時採用O_APPEND，則不同的檔案描述符的不同檔案指標會實現同步。O_APPEND是原子操作的。所謂原子操作，就是該操作絕不會在執行完畢前被任何其他任務或事件打斷。

檔案描述符的複製

#include <unistd.h>

int dup(int oldfd);//返回新分配的檔案描述符，失敗返回-1

int dup2(int oldfd, int newfd);//newfd為指定的新的檔案描述符，返回新分配的檔案描述符，失敗返回-1

dup函式複製的檔案描述符不同，但檔案指標相同，所以對檔案的操作是原子操作的。

六、檔案IO與標準IO庫的區別

    檔案IO與標準IO庫的區別：檔案IO是linux系統的API，標準IO庫是C語言庫函式，標準IO庫函式由linux API封裝而來，函式內部通過呼叫linux API完成。API在不同的作業系統之間不能通用，C語言庫函式可以在不同作業系統之間移植。檔案IO函式不帶快取，標準IO庫函式帶快取。

本文出自 “生命不息，奮鬥不止” 部落格，轉載請與作者聯絡！