Android C++系列：Linux文件IO操作

Posted 2022-03-25 轻口味丿

1.1 C标准函数与系统函数的区别

1.1.1 I/O缓冲区

每一个FILE文件流都有一个缓冲区buffer，默认大小8192Byte。

1.1.2 效率

### 1.1.3 程序的跨平台性
事实上Unbuffered I/O这个名词是有些误导的，虽然write系统调用位于C标准库I/O缓 冲区的底层，但在write的底层也可以分配一个内核I/O缓冲区，所以write也不一定是直接 写到文件的，也可能写到内核I/O缓冲区中，至于究竟写到了文件中还是内核缓冲区中对于 进程来说是没有差别的，如果进程A和进程B打开同一文件，进程A写到内核I/O缓冲区中的数 据从进程B也能读到，而C标准库的I/O缓冲区则不具有这一特性(想一想为什么)。

1.2 PCB概念

1.2.1 task_struct结构体

/usr/src/linux-headers/include/linux/sched.h

1.2.2 files_struct结构体

1.3 open/close

1.3.1 文件描述符

一个进程默认打开3个文件描述符

STDIN_FILENO 0 STDOUT_FILENO 1 STDERR_FILENO 2

新打开文件返回文件描述符表中未使用的最小文件描述符。 open函数可以打开或创建一个文件。

#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); 返回值:成功返回新分配的文件描述符，出错返回-1并设置errno

在Man Page中open函数有两种形式，一种带两个参数，一种带三个参数，其实在C代码 中open函数是这样声明的:

int open(const char *pathname, int flags, ...);

最后的可变参数可以是0个或1个，由flags参数中的标志位决定，见下面的详细说明。
pathname参数是要打开或创建的文件名，和fopen一样，pathname既可以是相对路径也 可以是绝对路径。flags参数有一系列常数值可供选择，可以同时选择多个常数用按位或运 算符连接起来，所以这些常数的宏定义都以O_开头，表示or。

必选项:以下三个常数中必须指定一个，且仅允许指定一个。

\\* O_RDONLY 只读打开
\\* O_WRONLY 只写打开
\\* O_RDWR 可读可写打开
以下可选项可以同时指定0个或多个，和必选项按位或起来作为flags参数。可选项有很多， 这里只介绍一部分，其它选项可参考open(2)的Man Page:

• \\* O_APPEND 表示追加。如果文件已有内容，这次打开文件所写的数据附加到文件的末尾 而不覆盖原来的内容。
• \\* O_CREAT 若此文件不存在则创建它。使用此选项时需要提供第三个参数mode，表示该 文件的访问权限。
• \\* O_EXCL 如果同时指定了O_CREAT，并且文件已存在，则出错返回。

- \\* O_TRUNC 如果文件已存在，并且以只写或可读可写方式打开，则将其长度截断(Trun-
cate)为0字节。

• \\* O_NONBLOCK 对于设备文件，以O_NONBLOCK方式打开可以做非阻塞I/O(Nonblock I/

O)，非阻塞I/O在下一节详细讲解。
注意open函数与C标准I/O库的fopen函数有些细微的区别: 以可写的方式fopen一个文件时，如果文件不存在会自动创建，而open一个文件时必须
明确指定O_CREAT才会创建文件，否则文件不存在就出错返回。 以w或w+方式fopen一个文件时，如果文件已存在就截断为0字节，而open一个文件时必
须明确指定O_TRUNC才会截断文件，否则直接在原来的数据上改写。 第三个参数mode指定文件权限，可以用八进制数表示，比如0644表示-rw-r-r–，也可
以用S_IRUSR、S_IWUSR等宏定义按位或起来表示，详见open(2)的Man Page。要注意的是， 文件权限由open的mode参数和当前进程的umask掩码共同决定。
补充说明一下Shell的umask命令。Shell进程的umask掩码可以用umask命令查看:

$ umask 
0002

用touch命令创建一个文件时，创建权限是0666，而touch进程继承了Shell进程的umask 掩码，所以最终的文件权限是0666&∼022=0644。

$ touch file123
$ ls -l file123
-rw-rw-r-- 1 qingkouwei qingkouwei 0 9月 11 23:48 file123

同样道理，用gcc编译生成一个可执行文件时，创建权限是0777，而最终的文件权限是
0777 & ∼022 = 0755。

ubuntu:<sub>$ umask
0002
ubuntu:</sub>$ gcc main.c
ubuntu:~$ ls -l a.out
-rwxrwxr-x 1 qingkouwei qingkouwei 7158 9月 11 23:51 a.out

我们看到的都是被umask掩码修改之后的权限，那么如何证明touch或gcc创建文件的权 限本来应该是0666和0777呢?我们可以把Shell进程的umask改成0，再重复上述实验:

$ rm file123 a.out
$ umask 0
$ touch file123
$ ls -l file123
-rw-rw-rw- 1 qingkouwei qingkouwei $ gcc main.c
0 9月 11 23:52 file123
$ ls -l a.out
-rwxrwxr-x 1 qingkouwei qingkouwei 7158 9月 11 23:52 a.out

现在我们自己写一个程序，在其中调用open(“somefile”, O_WRONLY | O_CREAT, 0664);创建文件，然后在Shell中运行并查看结果:
close函数关闭一个已打开的文件:

#include <unistd.h>
int close(int fd); 返回值:成功返回0，出错返回-1并设置errno

参数fd是要关闭的文件描述符。需要说明的是，当一个进程终止时，内核对该进程所有 尚未关闭的文件描述符调用close关闭，所以即使用户程序不调用close，在终止时内核也会 自动关闭它打开的所有文件。但是对于一个长年累月运行的程序(比如网络服务器)，打开 的文件描述符一定要记得关闭，否则随着打开的文件越来越多，会占用大量文件描述符和系 统资源。
由open返回的文件描述符一定是该进程尚未使用的最小描述符。由于程序启动时自动打 开文件描述符0、1、2，因此第一次调用open打开文件通常会返回描述符3，再调用open就会 返回4。可以利用这一点在标准输入、标准输出或标准错误输出上打开一个新文件，实现重 定向的功能。例如，首先调用close关闭文件描述符1，然后调用open打开一个常规文件， 则一定会返回文件描述符1，这时候标准输出就不再是终端，而是一个常规文件了，再调用 printf就不会打印到屏幕上，而是写到这个文件中了。后面要讲的dup2函数提供了另外一种 办法在指定的文件描述符上打开文件。

1.3.2 最大打开文件个数

查看当前系统允许打开最大文件个数

cat /proc/sys/fs/file-max

当前默认设置最大打开文件个数1024

ulimit -a

修改默认设置最大打开文件个数为4096

ulimit -n 4096

总结

文本介绍了Linux下的文件操作命令、系统调用、API接口等。并介绍了C标准函数与系统函数的区别，PCB概念等。