Unix文件操作

一、概述

Unix文件操作常用函数包括open、close、creat、lseek、dup、dup2、fcntl等，

其中open、creat、 fcntl函数需要包含头文件<fcntl.h>，

其余几个函数需要包含头文件<unistd.h>。

由于在Linux操作系统 中使用man命令可以非常方便的查找函数原型及示例，这里就不帖出函数原型了，只讲一下使用时需要注意的地方。

二、文件描述符

每一个在程序中打开的文件都有一个相应的文件描述符(file descriptor)，Unix操作系统中的文件描述符保存在/dev/fd目录下。

每一个进程对该目录读取到的结果都不想同（视该进程正在使用的文件 数而定）。

如果由open函数直接读取该路径下的文件，将视为在此进程中对该文件描述符所对应的文件进行dup操作，在大多数操作系统中将忽略打开方式， 而部分操作系统要求打开方式为所涉及文件原先打开方式的子集。

三、Flags

当使用O_APPEND方式打开文件时，每次调用write函数会在文件最后面写入新数据，调用write函数后读取当前文件偏移量 (current offset）可以很清楚的看到该值与文件最大偏移量相等。

如果使用了O_RDWR | O_APPEND方式打开文件，程序可以对该文件在任意位置实现读取操作(read），但写入操作(write)会使文件偏移量被重置，如果读取与写入混 合使用，可能会导致读取位置出现偏差。

四、函数细说

4. 1 creat & open　　

　　creat函数与

open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

　　等同，使用creat函数的缺陷在于如果需要在创建的同时读写该文件，需要在创建后将文件关闭，重新以读写方式open该文件，相对而言，下面的调用方式更为简单：

open(pathname, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

　　其中，O_TRUNC表示：如果此文件存在，而且为只读或只写成功打开，则将其长度截短为0（即会清空文件内容）

4.2 lseek

　　在lseek函数中，偏移量(offset）是一个长整型，可正可负。如果偏移量大于文件最大偏移量，对该位置进行写入操作，将对文件进行扩展，文件中的空洞（从原文件最大偏移量到写入位置）被填充为0，但并不占用磁盘块。

　　例如：

fd = creat("file.txt", S_IRWXU);
lseek(fd,102400,SEEK_SET);
write(fd,"abcdefg",7);

　　程序执行后，使用"ls -ls file.txt"命令可以看出，文件file.txt所占块数为8.

 4.3 read

　　使用read函数时，遇到以下情况会使read函数提前返回：

• 文件读取遇到EOF。
• 从终端中读取到一行内容。(STDIN_FILENO)
• 当从网络读时,网络中的缓冲机构可能造成返回值小于所要求读的字节数。
• 从管道或FIFO中读取到全部内容。
• 某些面向记录的设备,例如磁带,一次最多返回一个记录。
• 接收到中断信号。

五、File Sharing

5.1 说明

　　在进程中，一个进程所打开的所有文件描述符存放在一个table中，table中的每条记录包括文件描述符falgs（file descriptor flags）和指向文件表的指针（fils pointer）。

　　一个文件表包含一个文件的状态标志（file status flags），当前偏移量（offset），一个指向v-node表的指针。一个v-node表包括v-node信息，i-node信息，文件大小等。如 图1所示：

图1. Unix文件表（进程中）

　　在多个进程中，可能出现多个文件描述符指向同一个文件，此时如图2所示：

图2. 多个进程中同时打开同一个文件

　　当使用dup、dup2函数后，文件描述符将被复制，此时如图3所示：

图3. dup后多个文件描述符指向同一个file table

5.2 控制多进程对文件的访问

　　在进行多进程或多线程编程时，由于无法控制CPU对进程和线程的调度，如果不加以控制，可能会在任意两条程序控制语句中间出现中断，导致数据被污染。

　　可以使用原语来保证在特定操作中数据不会被污染，使数据同步。

　　原语形式的文件读写函数为 pread和pwrite。

　　也正因为数据可能被污染的原因，虽然dup2(file1,file2)与close(file2); fcntl(file1, F_DUPFD, file2)等价，但第一个函数不会导致数据被污染，我们应该使用第一个函数。

 

5.3 文件更新

　　在操作系统中，向文件中写入数据往往只是暂时写入至操作系统缓存中，由操作系统控制磁盘中文 件的更新时间。使用sync、fsync、fdatasync函数可以实现磁盘中文件的实时更新。

　　使用sync函数时，文件表中的所有文件将被更新。

　　fsync函数只更新制定文件。

　　fdatasync函数只更新指定文件中的数据内容，而不更新相应的文件属性。

 

　　如果file status flags中O_SYNC标志被设置，程序中每次对该文件的write操作都将导致文件被更新；如果O_DSYNC被设置，程序中每次对该文件的write操作都将导致文件中的数据部分被更新。

 5.4 fcntl

　　fcntl函数可以修改已打开文件的属性。

　　当使用fcntl函数获取文件状态标记（file status flags）时，由于O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR标记具有排外型，无法被直接识别，需要由O_ACCMODE掩码转换后才可以被识 别。

　　示例代码如下：

#include <fcntl.h>
int
main(int argc, char *argv[])
{
int val;
if (argc != 2)
    err_quit("usage: a.out <descriptor#>");
if ((val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0)) < 0)
    err_sys("fcntl error for fd %d", atoi(argv[1]));
switch (val & O_ACCMODE) {
    case O_RDONLY:
    printf("read only");
    break;
case O_WRONLY:
    printf("write only");
    break;
case O_RDWR:
    printf("read write");
    break;
default:
    err_dump("unknown access mode");
}
if (val & O_APPEND)
    printf(", append");
if (val & O_NONBLOCK)
    printf(", nonblocking");
#if defined(O_SYNC)
if (val & O_SYNC)
    printf(", synchronous writes");
#endif
#if !defined(_POSIX_C_SOURCE) && defined(O_FSYNC)
if (val & O_FSYNC)
printf(", synchronous writes");
#endif
putchar('
');
exit(0);
}