使用方法和在windows环境下一致
首先需要理解:linux系统中的目录也是以文件的方式存储,在目录文件中存储了该目录下的文件的信息,包括文件名,文件inode编号,文件类型等等,姑且把这些信息称为一个文件的索引信息。如果想要找到某个文件,首先需要找到这个文件所在目录的目录文件。
接下来就可以理解linux下打开目录查找文件的流程了:
除了C标准库中的文件操作函数,linux环境下提供了另外一套直接根据文件描述符进行文件操作的函数。直接使用文件描述符对文件操作,可以提高程序的运行效率。
直接改变文件大小:使用函数int ftruncate(int fd, off_t length);
函数 ftruncate
会将参数 fd 指定的文件大小改为参数 length 指定的大小。参数 fd 为已打开的文件描述词,而且必须是以写入模式打开的文件。如果原来的文件大小比参数 length 大,则超过的部分会被删去。执行成功则返回 0,失败返回-1
间接扩大文件:使用文件指针定位函数lseek
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);//fd 文件描述词,offset为偏移量,whence为基准地址,0代表文件头,1代表文件指针所在,2代表文件尾
利用该函数可以实现文件空洞(对一个新建的空文件,可以定位到偏移文件开头 1024 个字节的地方,在写入一个字符,则相当于给该文件分配了 1025 个字节的空间,形成文件空洞)通常用于多进程间通信的时候的共享内存。
FILE* -> int :int fileno(FILE * file);
int ->FILE*:FILE *fdopen(int fd);
int stat(const char *file_name, struct stat *buf); //文件名 stat 结构体指针
int fstat(int fd, struct stat *buf); //文件描述符stat 结构体指针
原理解析:
理解上述原理后,我们来看文件描述符的复制
int fd0=open("test.c",O_RDWR | O_CREAT);
int fd1=fd0;
这种情况下,fd1
和fd0
的值相同,是同一个整数,也就是说两者是同一个文件描述符,test.c
文件的引用计数不增加,虽然都可以对文件进行访问,但是只要对任意一个执行close()
操作,这个整数代表的描述符就和该文件脱离联系,通过fd0,fd1
两个变量均不能再访问test.c
文件。
函数原理分析:
dup
函数接收一个文件描述符作为参数,查找对应的文件。
如果该文件描述符没有对应打开的文件则返回-1
有对应的文件,则返回当前未被使用的最小文件描述符,同时该文件的引用计数加1
样例程序:
int main()
{
int fd1 = open("dup.doc", O_RDWR | O_CREAT);
int fd2 = dup(fd1);
printf("fd1=%d\nfd2=dup(fd1)\nfd2==%d\n",fd1,fd2);
close(fd1);
printf("fd1 closed!\n");
write(fd2,"HELLO WORLD!",13);
printf("write dup.doc by fd2!\n");
}
执行效果如下:
fd1=3
fd2=dup(fd1)
fd2==4
fd1 closed!
write dup.doc by fd2!
使用cat
命令查看dup.doc
文件:
[jzk@ubuntu ~/code/dup]$ cat dup.doc
HELLO WORLD![jzk@ubuntu ~/code/dup]$
可以看到在关闭fd1
后,我们通过fd2仍然可以对文件进行读写。
函数原理分析:
int dup2(int oldfd, int newfd)
接收两个文件描述符作为参数
oldfd
是源文件描述符,应该对应一个打开的文件,如果该文件描述符没有对应打开的文件则报错返回-1
newfd
是目的文件描述符,如果newfd
等于oldfd
则返回这个值。如果newfd
已经关联其他文件,则执行close(newfd)
操作,然后把newfd
与oldfd
对应的文件进行关联,该文件的引用计数加1,返回newfd
预备知识:Linux系统中输入输出设备同样是通过文件描述符管理,其中标准输入stdin
,标准输出stdout
,标准错误输出stderr
默认的文件描述符是0,1,2,分别用STDIN_FILENO
、STDOUT_FILENO
和 STDERR_FILENO
三个宏表示
值得注意的是,对于所有调用标准输入输出的函数,比如printf(),puts,scanf(),perror()
等等,它们只认0,1,2这三个描述符,而不关注这三个描述符关联的对象。这样我们就可以通过改变0,1,2这三个文件描述符关联的文件,从而实现对标准输入输出的重定向。
同时要注意,一旦关闭标准输入输出之后,就手动不能打开了,所以,如果在重定向之后需要再使用标准输入输出,需要先将其复制给其文件描述符来维持标准输入输出文件的打开。
样例程序:
int main()
{
//备份标准输入
int ind = dup(0);
//备份标准输出
int outd = dup(1);
int fd = open("test.doc",O_RDWR|O_CREAT);
//将原本标准输出的文件描述符与fd关联起来
dup2(fd,1);
printf("you will see me in test.doc.\n");
//重新把标准输出文件和1联系起来
dup2(outd,1);
printf("you will see me on the screen.\n");
//将文件指针重定位到文件头
lseek(fd,0,0);
//将原本标准输入的文件描述符与fd关联起来
dup2(fd,0);
char str[30]={
0};
//从文件中读取字符串
gets(str);
printf("this is a string from the file:\t%s\n",str);
//重新把标准输入的文件描述符与0联系起来
dup2(ind,0);
//测试是否重新回到了标准输入输出流
printf("input test:input a string\n");
scanf("%s",str);
printf("%s\n",str);
return 0;
}
执行效果如下:
you will see me on the screen.
this is a string from the file: you will see me in test.doc.
input test:input a string
success!
success!
查看test.doc
中的内容:
[jzk@ubuntu ~/code/stdio]$ cat test.doc
you will see me in test.doc.
[jzk@ubuntu ~/code/stdio]$
MMP文件映射的原理是使用DMA通道技术,在地址A与地址B之间构造映射。
当我们在地址A为起始的映射区读写操作时,DMA控制器可以将该读写操作同步到地址B起始的映射区,从而实现了数据高效传输。
其中地址A和B可以一个在内存,一个在外存,一个在用户空间,一个在内核空间,灵活性很强。
调用形式如下:
void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset )
参数解释:
注意:数据传输完毕后,需要使用int munmap(映射文件描述符,映射区大小)解除映射,解除成功返回0,否则返回-1
原理:
管道通信为半双工通信,通信双方通过交替读写管道文件,实现数据传递。通过两个不同进程中的各自文件描述符指向同一个文件,来实现读写同一对象。
mkfifo filename
unlink filename
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
int unlink(const char *pathname);
O_RDONLY
和O_WRONLY
选项打开。open
函数将被阻塞,即不能继续运行,因为没有数据写入文件,无法进行读取open
函数也将被阻塞。因为没有进程读取数据,写入的数据可能无法正确送到目的地。SIGPIPE
的信号,如果写进程不对该信号进行处理,将导致写进程终止。read
函数将返回 0,表示管道已经关闭//写进程
int main(int argc,char* argv[])
{
int fdw;
fdw=open(argv[1],O_WRONLY);
printf("I am writer fdw=%d\n",fdw);
write(fdw,"hello",5);
return 0;
}
//读进程
int main(int argc,char *argv[])
{
int fdr;
fdr=open(argv[1],O_RDONLY);
printf("I am reader,fdr=%d\n",fdr);
char buf[128]={
0};
int ret=read(fdr,buf,sizeof(buf));
printf("ret=%d,buf=%s\n",ret,buf);
return 0;
}
注意当管道文件只有读端或写端时,进程均会在open函数处阻塞
运行效果:
原理:在多进程操作时,如果进程请求的 I/O 操作阻塞,不是真正阻塞 I/O,而是让其中的一个函数等待,则可以用select
函数对一组套接字进行监控,如果有就绪信号时发出通知,从而实现多路复用输入/输出模型。
函数原型如下:
int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset,fd_set *exset,struct timeval *timeout);
各个参数含义如下:
需要重点注意的时fd_set数据类型,该数据类型是一个文件描述符数组,保存了一系列需要进行监控的文件描述符。
对于fd_set类型通过下面四个宏来操作:
FD_ZERO(fd_set *fdset)
将指定的文件描述符集清空,在对文件描述符集合进行设置前,必须对其进行初始化,如果不清空,由于在系统分配内存空间后,通常并不作清空处理,所以结果是不可知的。FD_SET(fd_set *fdset)
用于在文件描述符集合中增加一个新的文件描述符。FD_CLR(fd_set *fdset)
用于在文件描述符集合中删除一个文件描述符。FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)
用于测试指定的文件描述符是否就绪。select函数功能总结:在给定时间对给定的文件集合不断进行测试,返回就绪文件个数,即满足可读,可写或有异常条件待处理的文件。如果time为NULL在一直进行测试,如果time为0则测一次后返回,如果time为定值,在时间耗尽之前持续测试。
然后我们通过FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)
可以测试指定的文件描述符是否就绪,从而应对不同情况进行IO操作。
样例:实现简单的聊天程序:
//chatter1.c
int main(int args,char *argv[])
{
ARG_CHECK(args,3);
int fdr,fdw;
fdr = open(argv[1],O_RDONLY);//存放要接收的信息的文件
fdw = open(argv[2],O_WRONLY);//存放要发送的信息的文件
printf("小明,fdr=%d,fdw=%d\n",fdr,fdw);
char sentence[1024] = {
0};
fd_set rdset;//文件描述符数组,数组中的文件描述符需要手动添加
int fdReadyNum;//计数
int ret; //返回值
struct timeval tc;//等待时间
while(1)
{
FD_ZERO(&rdset);//清空描述符集合
FD_SET(STDIN_FILENO,&rdset);//将标准输入流放入集合中
FD_SET(fdr,&rdset); //将收到的消息存放文件放入集合中
tc.tv_sec =999;
tc.tv_usec = 0;
fdReadyNum = select(fdr+1,&rdset,NULL,NULL,&tc);
//监控到就绪描述符
if(fdReadyNum>0)
{
//标准输入就绪,则接收字符串写入fdw中
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rdset))
{
memset(sentence,0,sizeof(sentence));
ret = read(0,sentence,sizeof(sentence)-1);
//标准输入没有输入内容
if(0==ret)
{
printf("下线\n");
break;
}
write(fdw,sentence,strlen(sentence)-1);
}
//fdr文件可读,代表管道内有新消息
if(FD_ISSET(fdr,&rdset))
{
memset(sentence,0,sizeof(sentence));
ret = read(fdr,sentence,sizeof(sentence));
if(0==ret)
{
printf("系统提示:对方已下线\n");
break;
}
printf("小红:\n%s\n小明:\n",sentence);
}
}
else
{
printf("超时无应答,连接已断开!\n");
}
}
return 0;
}
//chatter2.c
int main(int args,char *argv[])
{
ARG_CHECK(args,3);
int fdr,fdw;
fdw = open(argv[1],O_WRONLY);//存放发送信息的文件
fdr = open(argv[2],O_RDONLY);//存放接收信息的文件
printf("小红,fdr=%d,fdw=%d\n",fdr,fdw);
char sentence[1024] = {
0};
fd_set rdset;//文件描述符数组,数组中的文件描述符需要手动添加
int fdReadyNum;//计数
int ret; //返回值
printf("小红:\n");
while(1)
{
FD_ZERO(&rdset);//清空描述符集合
FD_SET(STDIN_FILENO,&rdset);//将标准输入流放入集合中
FD_SET(fdr,&rdset); //将收到的消息存放文件放入集合中
fdReadyNum = select(fdr+1,&rdset,NULL,NULL,NULL);
//标准输入就绪,则接收字符串写入fdw中
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rdset))
{
memset(sentence,0,sizeof(sentence));
ret = read(0,sentence,sizeof(sentence)-1);
//标准输入没有输入内容
if(0==ret)
{
printf("下线\n");
break;
}
write(fdw,sentence,strlen(sentence)-1);
}
//fdr文件可读,代表管道内有新消息
if(FD_ISSET(fdr,&rdset))
{
memset(sentence,0,sizeof(sentence));
ret = read(fdr,sentence,sizeof(sentence));
if(0==ret)
{
printf("系统提示:对方已下线\n");
break;
}
printf("小明:\n%s\n小红:\n",sentence);
}
}
return 0;
}
运行效果:
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