Linux系统编程笔记--系统（文件）I/O操作

目录

1--文件描述符

2--系统I/O常用函数

3--标准I/O和系统I/O的区别

4--原子操作

5--dup()和dup2()

6--fcntl()和ioctl()

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1--文件描述符

文件描述符的实质：一个整型数，一个数组下标（数组的元素指向文件结构体）；

文件描述符优先使用可用范围内最小的；

标准输入（stdin）的文件描述符为 0；标准输出（stdout）的文件描述符为 1；标准错误（stderr）的文件描述符为 2；因此其余文件描述符肯定 >= 3；

2--系统I/O常用函数

以下常用函数可通过 man 手册查看其用法；

open()：

close()：

read();

write();

int open(const char *pathname, int flags);
int close(int fd);
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

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

#define BUF_SIZE 1024

int main(int argc, char* argv[]){

    int sfd, dfd;
    char* buf[BUF_SIZE];
    int len, ret, pos;

    if(argc < 3){
        fprintf(stderr, "Usage...\n");
        exit(1);
    }
    sfd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if(sfd < 0){
        perror("open()");
        exit(1);
    }

    dfd = open(argv[2], O_WRONLY|O_CREAT, O_TRUNC, 0600);
    if(dfd < 0){
        close(sfd);
        perror("open()");
        exit(1);
    }
    printf("%d %d\n", sfd, dfd); // 3 4
    while(1){
        len = read(sfd, buf, BUF_SIZE);
        if(len < 0 ){
            perror("read()");
            break;
        }
        if(len == 0) break;

        pos = 0;
        while(len > 0){
            ret = write(dfd, buf+pos, len);  
            if(ret < 0){
                perror("write()");
                exit(1);
            }
            pos += ret;
            len -= ret;
        }
    }
    close(dfd);
    close(sfd);
    exit(0);
}

3--标准I/O和系统I/O的区别

标准I/O的吞吐量大（会先把数据放到缓冲区，刷新缓冲区之后才会完成数据的存取），系统I/O的响应速度快（不会把数据放到缓冲区，一次调用就完成一次操作）；

标准I/O和系统I/O最好不要混用；

标准I/O和系统I/O的转换函数：fileno() 和 fdopen()；

int mian(){
    putchar('a');
    write(1, "b", 1);
    putchar('a');
    write(1, "b", 1);
    putchar('a');
    write(1, "b", 1);
}

// 程序会打印：bbbaaa
// 因为标准I/O打印的 a 会先放到缓冲区中，后面一次完成输出；

4--原子操作

原子操作：不可分割的操作；

原子操作的作用：解决竞争与冲突；

5--dup()和dup2()

#include <unistd.h>

int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd); // 原子操作

// dup 复制（准确来说，将当前文件描述符对于文件的权限共享过来给新的文件描述符了）当前的文件描述符
// dup 返回一个新的文件描述符，新旧文件描述符共享访问同一个文件
// dup 返回的新文件描述符一定是当前可用文件描述中的最小数值

// dup2是原子操作，不能被打断，它会关闭旧的文件描述符

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define FNAME "./out"

int main(){
    int fd = open(FNAME, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0600);
    if(fd < 0){
        perror("open()");
        exit(1);
    }
    // close(1); // 关闭标准输出
    // dup(fd); // 关闭标准输出后，1成了最小的可用文件描述符，因此dup(fd)后，1和最初的fd共享打开的文件
    dup2(fd, 1); // 原子操作，功能等同于上面两句
    if(fd != 1){
        close(fd);
    }
    // 上面语句的功能相当于是将文件描述符1映射到打开的文件，即打开文件的文件描述符 fd = 1
    // puts默认打印到标准输出，但此时标准输出被关闭了
    // 文件描述符1其实指向的是打开的文件，因此puts打印到了打开的文件里
    puts("hello!"); 
    exit(0);
}

6--fcntl()和ioctl()

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

// fcntl() performs one of the operations described below on the open file descriptor fd.  
// The operation is determined by cmd.

// fcntl() 根据提供的 cmd 来对输入的 fd 进行相关操作

#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

// ioctl 是设备驱动程序中设备控制接口函数
// 一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能
// 在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl() 命令的方式实现。