三、文件IO——系统调用

3.1 文件描述符

　　文件IO 系统调用是不带缓存的，文件 I/O 系统调用不是 ANSI C 的组成部分，是 POSIX 的组成部分。

　　系统调用与C库：

　　

　　C库函数的IO 的底层还是调用系统调用 I/O。

　　需要运行速度很快的时候采用 文件IO系统调用。

　　FILE 结构体中有 文件描述符成员 fd，标准C的IO依然是通过 fd 来操作文件，系统调用的 文件 IO 直接使用 fd 来操作。

• 标准库函数：遵守 ISO 标准，基于流的 I/O，对文件指针（FILE结构体）进行操作
• 系统调用：兼容 POSIX 标准，基于文件描述符的 I/O，对文件描述符进行操作
• 文件描述符：
  • 对于内核而言，所有打开文件都由文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。当读、写一个文件时，用 open 或 creat 返回的文件描述符标识该文件，将其作为参数传送给 read 或 write。
  • 在 POSIX 应用程序中，整数0、1、2 被替换成符号常熟 STDIN_FILENO 、STDOUT_FILENO 或STDERR_FILENO。这些常数都定义在头文件 <unistd.h> 中。
  • 文件描述符的范围是 0-- OPEN_MAX。Linux为1024（允许每个进程打开1024个文件）　　

　　文件描述符可以和文件指针相互转换：

• 标准文件指针
  • stdin：0
  • stdout：1
  • stderr：2　　
• fdopen()： FILE *fdopen(int fd, const char *mode)
  • 文件描述符 转化为 文件指针　　
• fileno()：int fileno(FILE *stream)
  • 文件指针转换为文件描述符　　

3.2 文件IO 系统调用

3.2.1 open 函数--- 打开文件

　　头文件：

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

 int open( const char * pathname, int flags);　　//打开已经存在的文件时候用
 int open( const char * pathname,int flags, mode_t mode);　　//若是需要创建文件使用此函数

• 参数pathname 指向欲打开的文件路径字符串。
• * 参数 flags 所能使用的标志:
  • * O_RDONLY 以只读方式打开文件
  • * O_WRONLY 以只写方式打开文件
  • * O_RDWR 以可读写方式打开文件
  • * 上述三种旗标是互斥的，也就是不可同时使用，但可与下列的标志利用OR(|)运算符组合。
  • * O_CREAT 若欲打开的文件不存在则按照 mode 参数指定的文件权限来创建文件。
  • * O_EXCL 如果O_CREAT 也被设置，此指令会去检查文件是否存在。文件若不存在则建立该文件，否则将导致打开文件错误。此外，若O_CREAT与O_EXCL同时设置，并且欲打开的文件为符号连接，则会打开文件失败。在网络文件系统仅从操作时却没有保证
  • * O_NOCTTY 如果欲打开的文件为终端机设备时，则不会将该终端机当成进程控制终端机。
  • * O_TRUNC 若文件存在并且以只读或只写的方式打开时，此标志会令文件长度清为0，而原来存于该文件的资料也会消失。
  • * O_APPEND 当读写文件时会从文件尾开始移动，也就是所写入的数据会以附加的方式加入到文件后面。
  • * O_NONBLOCK 以不可阻塞的方式打开文件，也就是无论有无数据读取或等待，都会立即返回进程之中。pathname 指的是一个FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件。
  • * O_NDELAY 同O_NONBLOCK。
  • * O_SYNC 以同步的方式打开文件。
  • * O_NOFOLLOW 如果参数pathname 所指的文件为一符号连接，则会令打开文件失败。
  • * O_DIRECTORY 如果参数pathname 所指的文件不是一个目录，则会令打开文件失败。此为Linux2.2以后特有的旗标，以避免一些系统安全问题
• * 参数 mode 则有下列数种组合，只有在建立新文件时才会生效，此外真正建文件时的权限会受到umask值所影响，因此该文件权限应该为（mode-umaks）。
  • * S_IRWXU，00700 权限，代表该文件所有者具有可读、可写及可执行的权限。
  • * S_IRUSR 或 S_IREAD，00400 权限，代表该文件所有者具有可读取的权限。
  • * S_IWUSR 或 S_IWRITE，00200 权限，代表该文件所有者具有可写入的权限。
  • * S_IXUSR 或 S_IEXEC，00100 权限，代表该文件所有者具有可执行的权限。
  • * S_IRWXG 00070权限，代表该文件用户组具有可读、可写及可执行的权限。
  • * S_IRGRP 00040 权限，代表该文件用户组具有可读的权限。
  • * S_IWGRP 00020权限，代表该文件用户组具有可写入的权限。
  • * S_IXGRP 00010 权限，代表该文件用户组具有可执行的权限。
  • * S_IRWXO 00007权限，代表其他用户具有可读、可写及可执行的权限。
  • * S_IROTH 00004 权限，代表其他用户具有可读的权限
  • * S_IWOTH 00002权限，代表其他用户具有可写入的权限。
  • * S_IXOTH 00001 权限，代表其他用户具有可执行的权限。
• * 返回值 成功返回文件描述符，失败则返回-1
  • * 错误代码 EEXIST 参数 pathname 所指的文件已存在，却使用了O_CREAT 和 O_EXCL 标志。
  • * EACCESS 参数 pathname 所指的文件不符合所要求测试的权限。
  • * EROFS 欲测试写入权限的文件存在于只读文件系统内
  • * EFAULT 参数 pathname 指针超出可存取内存空间
  • * EINVAL 参数 mode 不正确。
  • * ENAMETOOLONG 参数pathname太长
  • * ENOTDIR 参数pathname不是目录。
  • * ENOMEM 核心内存不足
  • * ELOOP 参数pathname有过多符号连接问题。
  • * EIO I/O 存取错误。
• 附加说明 使用 access() 作用户认证方面的判断要特别小心，例如在 access() 后再作 open()空文件可能会造成系统安全上的问题。

3.2.2 creat 函数--- 创建文件

 #include<sys/types.h>
 #include<sys/stat.h>
 #include<fcntl.h>
 int creat(const char * pathname, mode_t mode);

• * 相关函数 read，write，fcntl，close，link，stat，umask，unlink，fopen
• * 函数说明
  • 参数pathname指向欲建立的文件路径字符串。Creat()相当于使用下列的调用方式调用open()
  • * open(const char * pathname ,(O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC), mode);
• * 参数： 关于参数mode请参考open（）函数。
• * 返回值
  • creat()会返回新的文件描述词，若有错误发生则会返回-1，并把错误代码设给errno。
• * 错误代码
  • EEXIST 参数 pathname 所指的文件已存在，却使用了O_CREAT 和 O_EXCL 标志。
  • * EACCESS 参数 pathname 所指的文件不符合所要求测试的权限。
  • * EROFS 欲测试写入权限的文件存在于只读文件系统内
  • * EFAULT 参数 pathname 指针超出可存取内存空间
  • * EINVAL 参数 mode 不正确。
  • * ENAMETOOLONG 参数pathname太长
  • * ENOTDIR 参数pathname不是目录。
  • * ENOMEM 核心内存不足
  • * ELOOP 参数pathname有过多符号连接问题。
  • * EMFILE 已达到进程可同时打开的文件数上限
  • * ENFILE 已达到系统可同时打开的文件数上限
• * 附件说明
  • creat()无法建立特别的设备文件，如果需要请使用mknod()。
  • creat 的一个不足之处是它只以只写的方式打开所创建的文件。

3.2.3 close 函数--- 文件关闭

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

• * 函数说明
  • 当使用完文件后若已不再需要则可使用close()关闭该文件，close()会让数据写回磁盘，并释放该文件所占用的资源。
• * 参数 fd 为先前由 open() 或 creat() 所返回的文件描述词。
• * 返回值
  • 若文件顺利关闭则返回0，发生错误时返回-1。
• * 错误代码
  • EBADF 参数fd 非有效的文件描述词或该文件已关闭。
• * 附加说明
  • 虽然在进程结束时，系统会自动关闭已打开的文件，但仍建议自行关闭文件，并确实检查返回值。
  • 当一个进程终止时，它所有的打开文件都由内核自动关闭