linux read和write函数

原文出处：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20558494&do=blog&id=2803003
read函数是Linux下不带缓存的文件I/O操作函数之一，所谓的不带缓存是指一个函数只调用系统中的一个函数。另外还有open、write、lseek、close，它们虽然不是ANSI C的组成部分，但是POSIX的组成部分。

在对read的使用过程中，发现对其返回值的处理比较重要，这里做一下总结。

read函数原型：
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count)

函数返回值分为下面几种情况：
1、如果读取成功，则返回实际读到的字节数。这里又有两种情况：一是如果在读完count要求字节之前已经到达文件的末尾，那么实际返回的字节数将 小于count值，但是仍然大于0；二是在读完count要求字节之前，仍然没有到达文件的末尾，这是实际返回的字节数等于要求的count值。
2、如果读取时已经到达文件的末尾，则返回0。
3、如果出错，则返回－1。
这样也就是说分为>0 <0 =0三种情况进行讨论。在有的时候，<0 =0可以合为一种情况进行处理。这要根据程序的需要进行处理。
实例分析：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAXSIZE 35
int main(void)
{
        int i,j,fd,size,len;
        char *buf="Hello!I`m writing to this file!";
        char buf_r[MAXSIZE];
        len=strlen(buf);
        //open
        if((fd=open("/tmp/hello.c",O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR,0666))<0) {
                perror("open:");
                exit(1);
        }
        else
                printf("Open file:hello.c %d
",fd);
        //write
        if((size=write(fd,buf,len))<0){
                perror("write:");
                exit(1);
        }
        else
                printf("Write:%s


",buf);
        //test-read
        printf("Now test starts...

");
        for(i=0;i<20;i++){
                lseek(fd,0,SEEK_SET);
                for(j=0;j<MAXSIZE;j++)
                        buf_r[j]=0;
                if((size=read(fd,buf_r,MAXSIZE-i))<0){
                perror("read:");
                exit(1);
                }
                else {
                buf_r[MAXSIZE-i]='';
                printf("string-len=%d,count=%d,size=%d
",len,MAXSIZE-i,size);
                printf("read from file:%s 
",buf_r);
                }
        }
        printf("

Now test stops...
");
        //close
        if(close(fd)<0){
                perror("close:");
                exit(1);
        }
        else
                printf("close hello.c
");
        exit(0);
}

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

结果如下：

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

[armlinux@lqm test-read]$ ./write
Open file:hello.c 3
Write:Hello!I`m writing to this file!

Now test starts...

string-len=31,count=35,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=34,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=33,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=32,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=31,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=30,size=30
read from file:Hello!I`m writing to this file
string-len=31,count=29,size=29
read from file:Hello!I`m writing to this fil
string-len=31,count=28,size=28
read from file:Hello!I`m writing to this fi
string-len=31,count=27,size=27
read from file:Hello!I`m writing to this f
string-len=31,count=26,size=26
read from file:Hello!I`m writing to this 
string-len=31,count=25,size=25
read from file:Hello!I`m writing to this
string-len=31,count=24,size=24
read from file:Hello!I`m writing to thi
string-len=31,count=23,size=23
read from file:Hello!I`m writing to th
string-len=31,count=22,size=22
read from file:Hello!I`m writing to t
string-len=31,count=21,size=21
read from file:Hello!I`m writing to 
string-len=31,count=20,size=20
read from file:Hello!I`m writing to
string-len=31,count=19,size=19
read from file:Hello!I`m writing t
string-len=31,count=18,size=18
read from file:Hello!I`m writing 
string-len=31,count=17,size=17
read from file:Hello!I`m writing
string-len=31,count=16,size=16
read from file:Hello!I`m writin

Now test stops...
close hello.c

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

现象：

测试部分中，string－len是测试文件内容的长度，count是要求读取的字节数，size是实际读取的字节数。可以观察出，开始 count>string－len，所以虽然读取成功，但是返回的实际字节数要小于要求的字节数。从count＝string－len之后，实际返 回的字节数等于要求的字节数。

问题分析：

1、每次执行read函数之前，保证指定好起始位置，并且对buf初始化。

如果将

                lseek(fd,0,SEEK_SET);
                for(j=0;j<MAXSIZE;j++)
                        buf_r[j]=0;

移到for循环外，那么只能保证i＝0时完成了上述工作。这是已经读到文件的末尾，所以后面的size应该全部为零。因为没有对buf_r初始化，所以读取内容没有变化。具体结果如下：

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

[armlinux@lqm test-read]$ ./write
Open file:hello.c 3
Write:Hello!I`m writing to this file!

Now test starts...

string-len=31,count=35,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=34,size=0
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=33,size=0
read from file:Hello!I`m writing to this file!
...

...
Now test stops...
close hello.c

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

2、对于一个数组，总是要自动分配一个作为结束，所以实际有效的buf长度就成为buf_r－1了。在本例中，倘若把MAXSIZE设为31，即等于string－len的长度。那么当你读取31个字符时，就没有了地方。如果把buf_r[MAXSIZE-i]='';去掉，那么在显示后面就会出现乱码现象。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

[armlinux@lqm test-read]$ ./write
Open file:hello.c 3
Write:Hello!I`m writing to this file!

Now test starts...

string-len=31,count=31,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file?B
B

參考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5328beed0100zbob.html

http://blog.csdn.net/hjhcs121/article/details/7460738

 linux网络编程 readn,writen函数：

/* include readn */
#include    "unp.h"

ssize_t                        /* Read "n" bytes from a descriptor. */
readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
    size_t    nleft;
    ssize_t    nread;
    char    *ptr;

    ptr = vptr;
    nleft = n;
    while (nleft > 0) {
        if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0) {
            if (errno == EINTR)
                nread = 0;        /* and call read() again */
            else
                return(-1);
        } else if (nread == 0)
            break;                /* EOF */

        nleft -= nread;
        ptr   += nread;
    }
    return(n - nleft);        /* return >= 0 */
}
/* end readn */

ssize_t
Readn(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
    ssize_t        n;

    if ( (n = readn(fd, ptr, nbytes)) < 0)
        err_sys("readn error");
    return(n);
}

writen:

/* include writen */
#include    "unp.h"

ssize_t                        /* Write "n" bytes to a descriptor. */
writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
    size_t        nleft;
    ssize_t        nwritten;
    const char    *ptr;

    ptr = vptr;
    nleft = n;
    while (nleft > 0) {
        if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0) {
            if (nwritten < 0 && errno == EINTR)
                nwritten = 0;        /* and call write() again */
            else
                return(-1);            /* error */
        }

        nleft -= nwritten;
        ptr   += nwritten;
    }
    return(n);
}
/* end writen */

void
Writen(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
    if (writen(fd, ptr, nbytes) != nbytes)
        err_sys("writen error");
}

readline函数，从一个描述字读文本行，一次读一个字节(test/readline1.c]

/* include readline */
#include    "unp.h"

/* PAINFULLY SLOW VERSION -- example only */
ssize_t
readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t    n, rc;
    char    c, *ptr;

    ptr = vptr;
    for (n = 1; n < maxlen; n++) {
again:
        if ( (rc = read(fd, &c, 1)) == 1) {
            *ptr++ = c;
            if (c == '
')
                break;    /* newline is stored, like fgets() */
        } else if (rc == 0) {
            *ptr = 0;
            return(n - 1);    /* EOF, n - 1 bytes were read */
        } else {
            if (errno == EINTR)
                goto again;
            return(-1);        /* error, errno set by read() */
        }
    }

    *ptr = 0;    /* null terminate like fgets() */
    return(n);
}　　
/* end readline */

ssize_t
Readline(int fd, void *ptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t        n;

    if ( (n = readline(fd, ptr, maxlen)) < 0)
        err_sys("readline error");
    return(n);
}

当面临从套接口读入文本行的需求时，改用标准库IO函数库(stdio)相当诱人。不过却会引发许多问题。究其原因在于stdio缓冲区的状态是不可见的。

基于文本行的网络协议非常之多，譬如http，ftp等。因此正对文本行操作的这一需求一再被提出。不过我们的建议是依照缓冲区而不是文本行的要求来考虑编程，编写从缓冲区中读取数据的代码，当期待一个文本行时，查看缓冲区中是否含有那一行。

/* include readline */
#include    "unp.h"

static int    read_cnt;
static char    *read_ptr;
static char    read_buf[MAXLINE];

static ssize_t
my_read(int fd, char *ptr)
{

    if (read_cnt <= 0) {
again:
        if ( (read_cnt = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) < 0) {
            if (errno == EINTR)
                goto again;
            return(-1);
        } else if (read_cnt == 0)
            return(0);
        read_ptr = read_buf;
    }

    read_cnt--;
    *ptr = *read_ptr++;
    return(1);
}

ssize_t
readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t    n, rc;
    char    c, *ptr;

    ptr = vptr;
    for (n = 1; n < maxlen; n++) {
        if ( (rc = my_read(fd, &c)) == 1) {
            *ptr++ = c;
            if (c == '
')
                break;    /* newline is stored, like fgets() */
        } else if (rc == 0) {
            *ptr = 0;
            return(n - 1);    /* EOF, n - 1 bytes were read */
        } else
            return(-1);        /* error, errno set by read() */
    }

    *ptr = 0;    /* null terminate like fgets() */
    return(n);
}

ssize_t
readlinebuf(void **vptrptr)
{
    if (read_cnt)
        *vptrptr = read_ptr;
    return(read_cnt);
}
/* end readline */

ssize_t
Readline(int fd, void *ptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t        n;

    if ( (n = readline(fd, ptr, maxlen)) < 0)
        err_sys("readline error");
    return(n);
}

内部函数my_read最多每次读MAXLINE个字符，然后每次返回一个字符。

函数readline本身的唯一变化是调用函数my_read而不是read。

readlinebuf这个新的函数能够展露内部缓冲区状态，以便于调用者查看当前文本行之后是否有新的数据已收到。

 -----------------------------------

fread就是通过read来实现的，fread是C语言的库，而read是系统调用
但是差别在read每次读的数据是调用者要求的大小，比如调用要求读取10个字节数据，read就会读10个字节数据到数组中，而fread不一样，为了加快读的速度，fread每次都会读比要求更多的数据，然后放到缓冲区中，这样下次再读数据只需要到缓冲区中去取就可以了。

fread每次会读取一个缓冲区大小的数据，32位下一般是4096个字节，相当于调用了read(fd,buf,4096)

比如需要读取512个字节数据，分4次读取，调用read就是：
for(i=0; i<4; ++i)
read(fd,buf,128)
一共有4次系统调用

而fread一次就读取了4096字节放到缓冲区了，所以省事了

 

 

比如用fgetc读一个字节，fgetc有可能从内核中预读1024个字节到I/O缓冲区中，再返回第一个字节，这时该文件在内核中记录的读写位置是1024，而在FILE结构体中记录的读写位置是1。注意返回值类型是ssize_t，表示有符号的size_t，这样既可以返回正的字节数、0（表示到达文件末尾）也可以返回负值-1（表示出错）。read函数返回时，返回值说明了buf中前多少个字节是刚读上来的。有些情况下，实际读到的字节数（返回值）会小于请求读的字节数count，例如：

• 读常规文件时，在读到count个字节之前已到达文件末尾。例如，距文件末尾还有30个字节而请求读100个字节，则read返回30，下次read将返回0。

• 从终端设备读，通常以行为单位，读到换行符就返回了。（输入we,显示读入是3个字节，可以试验下）

• 从网络读，根据不同的传输层协议和内核缓存机制，返回值可能小于请求的字节数，后面socket编程部分会详细讲解。

write函数向打开的设备或文件中写数据。

#include <unistd.h>  ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 返回值：成功返回写入的字节数，出错返回-1并设置errno

写常规文件时，write的返回值通常等于请求写的字节数count，而向终端设备或网络写则不一定。

读常规文件是不会阻塞的，不管读多少字节，read一定会在有限的时间内返回。从终端设备或网络读则不一定，如果从终端输入的数据没有换行符，调用read读终端设备就会阻塞，如果网络上没有接收到数据包，调用read从网络读就会阻塞，至于会阻塞多长时间也是不确定的，如果一直没有数据到达就一直阻塞在那里。同样，写常规文件是不会阻塞的，而向终端设备或网络写则不一定。

 

 

现在明确一下阻塞（Block）这个概念。当进程调用一个阻塞的系统函数时，该进程被置于睡眠（Sleep）状态，这时内核调度其它进程运行，直到该进程等待的事件发生了（比如网络上接收到数据包，或者调用sleep指定的睡眠时间到了）它才有可能继续运行。与睡眠状态相对的是运行（Running）状态，在Linux内核中，处于运行状态的进程分为两种情况：

• 正在被调度执行。CPU处于该进程的上下文环境中，程序计数器（eip）里保存着该进程的指令地址，通用寄存器里保存着该进程运算过程的中间结果，正在执行该进程的指令，正在读写该进程的地址空间。

• 就绪状态。该进程不需要等待什么事件发生，随时都可以执行，但CPU暂时还在执行另一个进程，所以该进程在一个就绪队列中等待被内核调度。系统中可能同时有多个就绪的进程，那么该调度谁执行呢？内核的调度算法是基于优先级和时间片的，而且会根据每个进程的运行情况动态调整它的优先级和时间片，让每个进程都能比较公平地得到机会执行，同时要兼顾用户体验，不能让和用户交互的进程响应太慢。

下面这个小程序从终端读数据再写回终端。

例 28.2. 阻塞读终端

下面这个小程序从终端读数据再写回终端。

例 28.2. 阻塞读终端

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
 char buf[10];
 int n;
 n = read(STDIN_FILENO, buf, 10);
 if (n < 0) {
  perror("read STDIN_FILENO");
  exit(1);
 }
 write(STDOUT_FILENO, buf, n);
 return 0;
}

执行结果如下：

$ ./a.out  hello（回车） hello $ ./a.out  hello world（回车） hello worl$ d bash: d: command not found

 

第一次执行a.out的结果很正常，而第二次执行的过程有点特殊，现在分析一下：

1. Shell进程创建a.out进程，a.out进程开始执行，而Shell进程睡眠等待a.out进程退出。

2. a.out调用read时睡眠等待，直到终端设备输入了换行符才从read返回，read只读走10个字符，剩下的字符仍然保存在内核的终端设备输入缓冲区中。

3. a.out进程打印并退出，这时Shell进程恢复运行，Shell继续从终端读取用户输入的命令，于是读走了终端设备输入缓冲区中剩下的字符d和换行符，把它当成一条命令解释执行，结果发现执行不了，没有d这个命令。

如果在open一个设备时指定了O_NONBLOCK标志，read/write就不会阻塞。以read为例，如果设备暂时没有数据可读就返回-1，同时置errno为EWOULDBLOCK（或者EAGAIN，这两个宏定义的值相同），表示本来应该阻塞在这里（would block，虚拟语气），事实上并没有阻塞而是直接返回错误，调用者应该试着再读一次（again）。这种行为方式称为轮询（Poll），调用者只是查询一下，而不是阻塞在这里死等，这样可以同时监视多个设备：

while(1) {  非阻塞read(设备1);  if(设备1有数据到达)   处理数据;  非阻塞read(设备2);  if(设备2有数据到达)   处理数据;  ... }

如果read(设备1)是阻塞的，那么只要设备1没有数据到达就会一直阻塞在设备1的read调用上，即使设备2有数据到达也不能处理，使用非阻塞I/O就可以避免设备2得不到及时处理。

非阻塞I/O有一个缺点，如果所有设备都一直没有数据到达，调用者需要反复查询做无用功，如果阻塞在那里，操作系统可以调度别的进程执行，就不会做无用功了。在使用非阻塞I/O时，通常不会在一个while循环中一直不停地查询（这称为Tight Loop），而是每延迟等待一会儿来查询一下，以免做太多无用功，在延迟等待的时候可以调度其它进程执行。

while(1) {  非阻塞read(设备1);  if(设备1有数据到达)   处理数据;  非阻塞read(设备2);  if(设备2有数据到达)   处理数据;  ...  sleep(n); }

这样做的问题是，设备1有数据到达时可能不能及时处理，最长需延迟n秒才能处理，而且反复查询还是做了很多无用功。以后要学习的select(2)函数可以阻塞地同时监视多个设备，还可以设定阻塞等待的超时时间，从而圆满地解决了这个问题。

以下是一个非阻塞I/O的例子。目前我们学过的可能引起阻塞的设备只有终端，所以我们用终端来做这个实验。程序开始执行时在0、1、2文件描述符上自动打开的文件就是终端，但是没有O_NONBLOCK标志。所以就像例 28.2 “阻塞读终端”一样，读标准输入是阻塞的。我们可以重新打开一遍设备文件/dev/tty（表示当前终端），在打开时指定O_NONBLOCK标志。

O_NONBLOCK 以不可阻断的方式打开文件，也就是无论有无数据读取或等待，都会立即返回进程之中。

例 28.3. 非阻塞读终端

从终端设备或网络读则不一定，如果从终端输入的数据没有换行符，调用read读终端设备就会阻塞

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define MSG_TRY "try again "

int main(void)
{
char buf[10];
int fd, n;
fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
if(fd<0) {
perror("open /dev/tty");
exit(1);
}
tryagain:
n = read(fd, buf, 10);
if (n < 0) {
if (errno == EAGAIN) {
sleep(1);
write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY));
goto tryagain;
} 
perror("read /dev/tty");
exit(1);
}
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
close(fd);
return 0;
}

直到按下回车把之前的输入输出（最多10个），然后停止。

以下是用非阻塞I/O实现等待超时的例子。既保证了超时退出的逻辑又保证了有数据到达时处理延迟较小。

例 28.4. 非阻塞读终端和等待超时

read：既可以返回正的字节数、0（表示到达文件末尾）也可以返回负值-1（表示出错）

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define MSG_TRY "try again
"
#define MSG_TIMEOUT "timeout
"

int main(void)
{
 char buf[10];
 int fd, n, i;
 fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
 if(fd<0) {
  perror("open /dev/tty");
  exit(1);
 }
 for(i=0; i<5; i++) {
  n = read(fd, buf, 10);
  if(n>=0)
   break;
  if(errno!=EAGAIN) {
   perror("read /dev/tty");
   exit(1);
  }
  sleep(1);
  write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY));
 }
 if(i==5)
  write(STDOUT_FILENO, MSG_TIMEOUT, strlen(MSG_TIMEOUT));
 else
  write(STDOUT_FILENO, buf, n);
 close(fd);
 return 0;
}

参考：

http://blog.163.com/bowen_tong/blog/static/20681717420126601118551/