【嵌入式应用开发】Linux文件IO常用的四种访问方式

黑心萝卜三条杠2023-09-02 15:33

在Linux系统 中，一切都可以看成"文件"<通常包含：普通文件、驱动文件、网络通信文件 等等>，系统中所有的操作都可以通过文件I/O实现，因此，掌握文件常用接口很有必要。

0.前言

屏幕前的你如果懂得main函数传递参数机制，可以跳过本部分直接看后续内容。

在正式内容开始前，小编想讲述Linux中main函数传参的机制。

  • linux中main函数抢先看：
C 复制代码 
int main(int argc , char* argv[])

  • 函数参数说明：

      • int arc:整型，表示传入参数的个数；
    • char* argv[]:字符型数组，表示实际传入的参数，该参数还存在另一种定义方式，即char argv[][];

  • 实际使用样例：

  • 样例函数

c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main(int argc,char*argv[])
{
  	//打印参数个数
  	printf("argc:%d\n",argc);
  	//遍历参数并且打印
  	printf("argv:");
  	for(int i=0;i<argc;i++)
  	{
  		printf("%s ",argv[i]);
  	}
  	printf("\n");
  	return 0;
}
  • 运行结果
  • 这里需要注意的是运行命令*./test也是传入main函数的参数**。

1.Linux系统中文件来源

  • 来源于磁盘、flash、SD卡等，这些文件是真实存在的，通常以某种格式存储在某个设备上；
  • 内核产生的虚拟文件系统，这些文件并不是真实存在的，但是支持真实文件的操作；
  • 特殊文件，特殊文件可以是字符设备文件、块设备文件等；

2.访问方式

文件访问函数通常可分为：通用的I/O函数与非通用的I/O访问函数；

  • 通用访问I/O的函数
    • open:打开文件；
    • read:读取文件；
    • write:写入文件；
    • lseek:定位文件内容;
    • close:关闭文件;
  • 非通用访问文件I/O的函数:
    • ioctl:设备控制接口函数
    • mmap:文件映射函数；

查询方式访问

查询方式，设备文件以非阻塞方式打开后，不断发送读取文件请求的一种方式。例如：当你找人有急事时，就会一直尝试联系某人，这就类似于文件的查询方式。

由于查询方式是不断发送读取请求，因此它访问次数非常频繁 ，占用CPU资源相对较多。

核心代码

c 复制代码 
#include <linux/input.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
  int fd = 0;
  int err = 0;
  struct input_id id;
  unsigned int evbit[2];
  int len,res;
  struct input_event event;
  
  //判断参数个数是不是2 一个运行参数  一个文件设备
  if (argc != 2)
	{
		printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
		return -1;
	}
	/* 打开驱动程序 */
	fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
	//打开失败 返回
    if (fd < 0)
	{
		printf("open %s err\n", argv[1]);
		return -1;
	}
  //不断查询方式 非阻塞
  while(1)
  {
  	//读取数据并判断数据大小是否正确
    len = read(fd,&event,sizeof(event));
    if(len == sizeof(event))
    {
      printf("get event:type=0x%x code=0x%x value=0x%x\n",event.type,event.code,event.value);
    }
    else
    {
      printf("read err\n");
    }
  }
}

休眠唤醒方式访问

休眠唤醒方式，这里是指：首先文件以阻塞方式打开，当读取到文件数据时，阻塞态就会转换为运行态，读取出数据会直接返回，进行下一步操作。比如：大家在学校上课时（这里将上课作为阻塞态，下课作为运行态），一旦上课铃声响起，咱就会进入阻塞态上课；而下课铃声想起后，大家就开始运行了，进入运行态，直接起飞。:nerd_face::nerd_face::nerd_face:

休眠唤醒方式，占用CPU资源相对较少 ，请求次数相对减少；但是，一旦没有请求到数据就会一直进入阻塞，不会干其他活，这就大大限制了进程的运行状态。

核心代码

c 复制代码 
#include <linux/input.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>


int main(int argc, char **argv)
{
	int fd;
	int err;
	int len;
	int i;
	unsigned char byte;
	int bit;
	unsigned int evbit[2];
	struct input_event event;
	//判断参数个数是不是2 一个运行参数  一个文件设备
	if (argc ！= 2)
	{
		printf("Usage: %s <dev> err\n", argv[0]);
		return -1;
	}
	/* 打开驱动程序 */
	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	//打开失败 返回
	if (fd < 0)
	{
		printf("open %s err\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	//不断查询 阻塞
	while (1)
	{
		//读取数据 并且判断数据大小是否正确
		len = read(fd, &event, sizeof(event));
		if (len == sizeof(event))
		{
			printf("get event: type = 0x%x, code = 0x%x, value = 0x%x\n", event.type, event.code, event.value);
		}
		else
		{
			printf("read err %d\n", len);
		}
	}
	return 0;
}

以POLL/SELECT方式访问

POLL/SELECT方式访问，首先文件以非阻塞方式打开 ，再使用poll()函数设置一个固定的超时时间。在这段超时时间内，如果文件能够读出或写入 时就会立即返回；否则，时间超时后返回错误。

  • 函数原型
c 复制代码 
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

  • 参数说明

    c 复制代码 
    struct pollfd {
    int   fd;         /* file descriptor,目标文件*/
    short events;     /* requested events,操作事件*/
    short revents;    /* returned events,超时事件返回值*/
};
    c 复制代码 
    nfds_t nfds;          /*事件的个数*/
    c 复制代码 
    int timeout;		  /*设置超时时间*/

核心代码

c 复制代码 
#include <linux/input.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
  int fd = 0;
  int err = 0;
  unsigned int evbit[2];
  int len,res;
  struct input_event event2;
  struct pollfd fds[1];
  nfds_t nfds = 1;
    
  //poll-seelct  设置一个固定的时间查询输入事件
  if(argc!=2)
  {
    printf("err\n");
    return 0-1;
  }
  //以非阻塞的方式打开
  fd = open(argv[1],O_RDWR|O_NONBLOCK);
  if(fd < 0 )
  {
      printf("open %s err\n",argv[1]);
      return -1;
  }

  while(1)
  {
  //设置监听事件相关参数
    fds[0].fd = fd;
    fds[0].events = POLLIN;
    fds[0].revents = 0;
    res = poll(fds,nfds,5000);
      
    //返回值有效
    if(res > 0)
    {
      //判断事件方式是否数输入方式
      if(fds[0].revents == POLLIN)
      {
        //数据读取完成后返回
        while(read(fd,&event,sizeof(event))==sizeof(event))
        {
          printf("get event:type=0x%x code=0x%x value=0x%x\n",event.type,event.code,event.value);
        }
      }
    }
    else if(res == 0)
    {
      printf("time out\n");
    }
    else
    {
      printf("poll err\n");
    }

  }
  return 0;
}

异步通知方式

异步通知方式，文件是以非阻塞方式打开的，在初始化设置完成后，当没有读取到数据时，程序可以干其他的事，读取数据操作并不影响程序的其他操作。看到这儿，大家是不是觉得这种处理方式很类似于单片机的中断处理函数。:smile_cat::smile_cat::smile_cat:

异步通知方式，使用了信号量，信号量在此处的作用是通知驱动程序是否能够成功读取数据，能够成功读取数据后，驱动就读取数据；否则就将其闲置在一旁。

代码

c 复制代码 
#include <linux/input.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>

int fd = 0;
struct input_event event;

void my_sig_handler(int sing)
{
  while(read(fd,&event,sizeof(event))==sizeof(event))
  {
    printf("get event:type=0x%x code=0x%x value=0x%x\n",
    			event.type,event.code,event.value);
  }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
  int fd2 = 0;
  int err = 0;
  struct input_id id;
  unsigned int evbit[2];
  int len,res;
  struct input_event event2;

  struct pollfd fds[2];
  nfds_t nfds = 2;
  unsigned int count = 0,flags;
  //判断参数个数是不是2 一个运行参数  一个文件设备
  if (argc != 2)
  {
		printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
		return -1;
  }

  /* 注册信号处理函数 */
  signal(SIGIO, my_sig_handler);
  /* 打开驱动程序 */
  fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
  if (fd < 0)
  {
        printf("open %s err\n", argv[1]);
        return -1;
  }

  /* 把APP的进程号告诉驱动程序 */
  fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
  /* 使能"异步通知" */
  flags = fcntl(fd, F_GETFL);
  fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);
    
  while(1)
  {
  	//主进程干的活
    printf("count:%d\n",count++);
    sleep(2);
  }
  return 0;
}

3.小结

尽管，上文的四种文件访问方式各有优劣，但只要在合适的时机使用就能够发挥其最大效率！

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