Linux文件IO(一)-open使用详解

在 Linux 系统中要操作一个文件,需要先打开该文件,得到文件描述符,然后再对文件进行相应的读写操作(或其他操作),最后在关闭该文件;open 函数用于打开文件,当然除了打开已经存在的文件之外,还可以创建一个新的文件,函数原型如下所示:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

在 Linux 系统下,可以通过 man 命令(也叫 man 手册)来查看某一个 Linux 系统调用的帮助信息,man命令可以将该系统调用的详细信息显示出来,譬如函数功能介绍、函数原型、参数、返回值以及使用该函数所需包含的头文件等信息;man 更像是一份帮助手册,所以也把它称为 man 手册,当我们需要查看某个系统调用的功能介绍、使用方法时,不用在上网到处查找,直接通过 man 命令便可以搞定,man 命令用法如下所示:

man 2 open    #查看 open 函数的帮助信息

Tips:man 命令后面跟着两个参数,数字 2 表示系统调用,man 命令除了可以查看系统调用的帮助信息外,还可以查看 Linux 命令(对应数字 1)以及标准 C 库函数(对应数字 3)所对应的帮助信息;最后一个参数 open 表示需要查看的系统调用函数名。

由于篇幅有限,此截图只是其中一部分内容,从图中可知,open 函数有两种原型?这是为什么呢?关于这个问题笔者一开始也不理解,大家都知道 C 语言是不支持重载的,那既然这样,只有一种解释了,那就是可变参函数;对于 C 语言中的可变参函数,对此不了解的朋友可以自行百度,本文档不作说明!

所以由此可知,在应用程序中调用 open 函数即可传入 2 个参数(pathname、flags)、也可传入 3 个参数(pathname、flags、mode),但是第三个参数 mode 需要在第二个参数 flags 满足条件时才会有效,稍后将对此进行说明;从图 2.3.1 可知,在应用程序中使用 open 函数时,需要包含 3 个头文件

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

函数参数和返回值含义如下:

**pathname:**字符串类型,用于标识需要打开或创建的文件,可以包含路径(绝对路径或相对路径)信息,譬如:"./src_file"(当前目录下的 src_file 文件)、"/home/dengtao/hello.c"等;如果 pathname 是一个符号链接,会对其进行解引用。

**flags:**调用 open 函数时需要提供的标志,包括文件访问模式标志以及其它文件相关标志,这些标志使用宏定义进行描述,都是常量,open 函数提供了非常多的标志,我们传入 flags 参数时既可以单独使用某一个标志,也可以通过位或运算(|)将多个标志进行组合。这些标志介绍如下:

以上给大家介绍了一些比较常用的标志,open 函数的 flags 标志并不止这些,还有很多标志这里并没有给大家进行介绍,譬如 O_APPEND、O_ASYNC、O_DSYNC、O_NOATIME、O_NONBLOCK、O_SYNC 以及 O_TRUNC 等,对于这些没有提及到的标志,在后面学习过程中,也会给大家慢慢介绍。对于初学者来说,我们需要把表 2.3.1 中所列出的这些标志给弄明白、理解它们的作用和含义。

Tips:不同内核版本所支持的 flags 标志是存在差别的,譬如说新版本内核所支持的标志可能在老版本

是不支持的,亦或者老版本支持的标志在新版本已经被取消、替代,man 手册中对一些标志是从哪个版本开始支持的有简单地说明,读者可以自行阅读!

前面我们说过,flags 参数时既可以单独使用某一个标志,也可以通过位或运算(|)将多个标志进行组合,譬如:

open("./src_file", O_RDONLY) //单独使用某一个标志
open("./src_file", O_RDONLY | O_NOFOLLOW |O_CREATE)  //多个标志组合

**mode:**此参数用于指定新建文件的访问权限,只有当 flags 参数中包含 O_CREAT 或 O_TMPFILE 标志时才有效(O_TMPFILE 标志用于创建一个临时文件)。权限对于文件来说是一个很重要的属性,那么在 Linux系统中,我们可以通过 touch 命令新建一个文件,此时文件会有一个默认的权限,如果需要修改文件权限,

可通过 chmod 命令对文件权限进行修改,譬如在 Linux 系统下我们可以使用"ls -l"命令来查看到文件所对应的权限。

当我们调用 open 函数去新建一个文件时,也需要指定该文件的权限,而 mode 参数便用于指定此文件

的权限,接下来看看我们该如何通过 mode 参数来表示文件的权限,首先 mode 参数的类型是 mode_t,这是一个 u32 无符号整形数据,权限表示方法如下所示:

我们从低位从上看,每 3 个 bit 位分为一组,分别表示:

O---这 3 个 bit 位用于表示其他用户的权限;

G---这 3 个 bit 位用于表示同组用户(group)的权限,即与文件所有者有相同组 ID 的所有用户;

U---这 3 个 bit 位用于表示文件所属用户的权限,即文件或目录的所属者;

S---这 3 个 bit 位用于表示文件的特殊权限,文件特殊权限一般用的比较少,这里就不给大家细讲了。

关于什么是文件所属用户、同组用户以及其他用户,这些都是 Linux 操作系统相关的基础知识,相信大家都理解这些概念;3 个 bit 位中,按照 rwx 顺序来分配权限位(特殊权限除外),最高位(权值为 4)表示读权限,为 1 时表示具有读权限,为 0 时没有读权限;中间位(权值为 2)表示写权限,为 1 时表示具有写权限,为 0 时没有写权限;最低位(权值为 1)表示执行权限,为 1 时表示具有可执行权限,为 0 时没有执行权限。接下来我们举几个例子(特殊权限这里暂时不管,其 S 字段全部为 0):

最高权限表示方法:

111111111(二进制表示)、777(八进制表示)、511(十进制表示);

最高权限这里意味着所有用户对此文件都具有读权限、写权限以及执行权限。

111000000(二进制表示):表示文件所属者具有读、写、执行权限,而同组用户和其他用户不具有任何权限;

100100100(二进制表示):表示文件所属者、同组用户以及其他用户都具有读权限,但都没有写、执行权限。Tips:open 函数 O_RDONLY、O_WRONLY 以及 O_RDWR 这三个标志表示以什么方式去打开文件,譬如以只写方式打开(open 函数得到的文件描述符只能对文件进行写操作,不能读)、以只读方式打开(open函数得到的文件描述符只能对文件进行读操作,不能写)、以可读可写方式打开(open 函数得到的文件描函数得到的文件描述符只能对文件进行读操作,不能写)、以可读可写方式打开(open 函数得到的文件描述符可对文件进行读和写操作);与文件权限之间的联系,只有用户对该文件具有相应权限时,才可以使用对应的标志去打开文件,否则会打开失败!譬如,我们的程序对该文件只有只读权限,那么执行 open 函数使用 O_RDWR 或 O_WRONLY 标志将会失败。关于文件权限等相关问题,将会在 4.1 中给大家介绍。

关于文件权限表示方法的问题,以上就给大家介绍这么多,在实际编程中,我们可以直接使用 Linux 中已经定义好的宏,不同的宏定义表示不同的权限,如下所示:

这些宏既可以单独使用,也可以通过位或运算将多个宏组合在一起,譬如:

S_IRUSR | S_IWUSR | S_IROTH

**返回值:**成功将返回文件描述符,文件描述符是一个非负整数;失败将返回-1。

以上就把 open 函数相关的基础知识给大家介绍完了,包括函数返回值、参数等信息,当然在后面的章节内容中,我们还会更加深入地给大家讲解 open 函数相关的知识点;接下来我们看一些 open 函数的简答使用示例。

open 函数使用示例

  • 使用 open 函数打开一个已经存在的文件(例如当前目录下的 app.c 文件),使用只读方式打开:

    int fd = open("./app.c", O_RDONLY)
    if (-1 == fd)
    return fd;

  • 使用 open 函数打开一个已经存在的文件(例如当前目录下的 app.c 文件),使用可读可写方式打开:

    int fd = open("./app.c", O_RDWR)
    if (-1 == fd)
    return fd;

  • 使用 open 函数打开一个指定的文件(譬如/home/dengtao/hello),使用可读可写方式,如果该文件是一个符号链接文件,则不对其进行解引用,直接返回错误:

    int fd = open("/home/dengtao/hello", O_RDWR | O_NOFOLLOW);
    if (-1 == fd)
    return fd;

  • 使用 open 函数打开一个指定的文件(譬如/home/dengtao/hello),如果该文件不存在则创建该文件,创建该文件时,将文件权限设置如下:

文件所属者拥有读、写、执行权限;

同组用户与其他用户只有读权限。

使用可读可写方式打开:

int fd = open("/home/dengtao/hello", O_RDWR | O_CREAT, S_IRWXU | S_IRGRP | S_IROTH);
if (-1 == fd)
		return fd
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