Linux C 基础系统函数

*.补充

  • 默认文件描述符
    1. STDIN_FILENO #默认控制台输入文件描述符
    1. STDOUT_FILENO #默认控制台输出文件描述符
    1. STDERR_FILENO #默认控制台错误输出文件描述符
  • fd转FILE: fdopen函数
  • FILE转fd: fileno函数

1.C库函数IO函数

  • 文件操作函数: fopen,fclose,fread……
  • FILE指针(结构体):
    • 文件描述符(整型值，可以索引到磁盘上的文件)
    • 文件读写指针位置(读写文件过程中指针的实际位置)
    • I/O缓存区(内存地址，通过寻址找到对应的内存块，默认大小8kb，提高文件操作的效率，比如写入文件的时候先放到缓冲区)(缓冲区满、调用fflush、正常关闭退出程序时会写入到硬盘)

2.pcd和文件描述符

  • pcd控制块位于内核地址空间(3G-4G空间)中，包含了一个文件描述符的表(0-1023的数组，其中前三个一只处于占用状态，即标准输入输出和错误，没打开一个文件就占用一个文件描述符，会自动分配到编号考前的空闲位置)

3.虚拟地址空间(分配在硬盘上)

001

为什么要引入虚拟地址空间:

  1. 方便编译器和系统安排程序的地址分布
  • 程序可以使用相邻的虚拟地址来访问无力内存中不相邻的内存区。
  1. 方便程序之间的进程隔离。
  • 一个进程中的代码无法更改另一个内存中的代码。
  1. 方便系统使用可怜的内存
  • 程序可使用一系列虚拟地址来访问大于可用物理内存的内存缓冲区。

*.库函数与系统函数的关系

002

4.常用的一些系统函数

  • open、close、read、write、lseek、stat等，可查看man文档，指定章节2。

*.errno 错误信息

  • 返回的errno错误信息可查看如下文件里的定义和注释:
    • /usr/include/asm-generic/errno-base.h
    • /usr/include/asm-generic/errno.h

4.1.open打开或创建文件

  • open:
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#includ e <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

//返回文件描述符，-1表示出错。perror打印会带上错误信息。
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode)
int creat(const char *pathname, mode_t mode);
//注意，mode指定的权限会与"系统本地掩码的反"做位运算与操作
//umask查看本地掩码或者修改。
/*
flags 是模式设置
    O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR (这三个互斥可与可选模式组合)
    可选模式组合方式: [主模式]|[可选模式]|[可选模式]...
    可选模式:
    O_CREAT, O_APPEND, O_SYNC......
mode 是具体权限(创建文件时), 实质上就是8进制权限码:
S_IRWXU/00700
S_IRWXG/00070
...
*/
  • close:
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#include <unistd.h>

//返回 0 表示 成功 , 或者 -1 表示 有 错误 发生
int close(int fd);
  • 例如:
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fd = open(fname, O_RDONLY | O_CREAT, 0777);
//如果本地掩码为002则实际权限为0775，相当于(^002)&0777

4.2.read和write

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#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
/*
返回: 
-1  : 读取失败
0   : 读取完了
>0  : 读取字节数
*/

#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

4.3.lseek

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#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

//移动或获取文件移动位置指针
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
/*
whence取值
SEEK_SET: 相对于起始位置偏移
SEEK_CUR: 相对于当前位置偏移
SEEK_END: 相对于末尾位置偏移
*/
  • lseek 可以获取文件长度(结束指针位置)，设置读取指针位置，拓展文件。
  • lseek拓展文件:
    1. 从文件末尾偏移所需大小x的位置。
    1. 写入任意字符。
    1. 所得拓展的空洞文件大小为原大小+x+1

4.4.Linux文件操作相关函数

  • stat
  • lstat
  • access #测试指定文件是否拥有某种权限，或者是否存在
  • chmod #更改文件权限
  • chown #更改文件所有者
  • truncate #更改文件大小，大于原大小则增加， 小于则截断
  • 链接函数:
    • link #创建硬链接
    • symlink #创建软链接
    • readlink #获取软链接对应文件名
    • unlink #删除文件并减少链接数，如果是硬链接则删除再硬链接数减1， 需要写和执行权限

如果硬链接数为0,会释放真实文件数据块和inode， 但如果文件以打开，并持有文件描述符，则等进程关闭时才会真正删除文件

利用这种特性先创建打开，然后马上删除，达到临时文件的效果。

  • rename #重命名(包括路径)，stdio.h

*.关于inode

  • 目录存在dentry里边(目录项，路径-inode编号)，硬链接实质上就是创建的指向同一个inode的目录项 003

stat

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

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
int fstat(int fd, struct stat *statbuf);
int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);

#include <fcntl.h>           /* Definition of AT_* constants */
#include <sys/stat.h>

int fstatat(int dirfd, const char *pathname, struct stat *statbuf,
        int flags);

004

    • 文件权限: 04读;02写;01执行
    • 特殊权限位: 04设置用户id;02设置组id;01设置粘着位
  • mode: 005
    • *粘着位: 作用是程序运行时不会被放到交换分区中。
    • mode首位，文件类型(掩码: 0170000): 006
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//掩码:
//其他人权限
#define OR_MODE 04  //其他人读
#define OW_MODE 02  //其他人写
#define OX_MODE 01  //其他人执行
#define O_MODE 07   //其他人全
//组用户权限
#define GR_MODE 040 //组用户读
#define GW_MODE 020 //组用户写
#define GX_MODE 010 //组用户执行
#define G_MODE 070  //组用户全
//所有者权限
#define UR_MODE 0400    //所有者读
#define UW_MODE 0200    //所有者写
#define UX_MODE 0100    //所有者执行
#define U_MODE 0700 //所有者全
//特殊权限
#define SU_MODE 04000   //设置用户ID
#define SG_MODE 02000   //设置组ID
#define SS_MODE 01000   //粘着位
#define S_MODE 07000    //特殊权限全
//文件类型
#define TS_MODE 0140000 //套接字类型
#define TL_MODE 0120000 //软链接类型
#define TR_MODE 0100000 //普通文件类型
#define TB_MODE 0060000 //块设备类型
#define TD_MODE 0040000 //目录类型
#define TC_MODE 0020000 //字符设备类型
#define TI_MODE 0010000 //管道类型
#define TYPE_MODE 0170000   //文件类型掩码

补充:

getpwuid: 获取所有者信息，结构体中pw_name为所有者名字字符串

getgrgid: 获取所有组信息，结构体中gr_name为所有组名字字符串

ctime: 获取该时间的时间字符串

*.stat和lstat

stat会穿透软链接直接查出对应文件的信息，而lstat不会穿透

4.5.目录操作函数

  • chdir #切换当前进程目录
  • getcwd #获取当前进程工作目录
  • mkdir #创建目录，需要有执行权限
  • rmdir #删除空目录
  • opendir #打开目录，错误返回NULL，正常返回DIR结构体(包含目录信息)
  • readdir #读目录，读取目录下所有文件包括.和..，结束时返回NULL，正常返回dirent结构体
  • closedir #关闭目录

4.6.文件描述符的复制(dup和dup2)

虽然有两个文件描述符，但是文件指针还是只有一个，同时写依然是在尾部添加。

  • dup #返回没被占用的最小序号位置新的文件描述符
  • dup2 #两个参数old和new，
    • 如果两个不是同一个描述符，会先关闭new再复制
    • 如果不同则直接复制

4.7.fcntl

  • 改变已打开文件的属性: 比如修改只读为可读写
  • cmd:
    • F_DUPFD #复制一个现有的描述符
    • F_GETFD #获得文件描述符标记
    • F_SETFD #设置文件描述符标记
    • F_GETFL #获得文件标记
      • 和打开文件时的FLAGS是一样的
    • F_SETFL #设置文件标记
      • 可更改的标识:
      1. O_APPEND #追加写
      1. O_NONBLOCK #为阻塞式
    • F_GETOWN #获得异步I/O所有权
    • F_SETOWN #设置异步I/O所有权
    • F_GETLK #获得记录锁
    • F_SETLK #设置记录锁
    • F_SETLKW #设置记录锁

007

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#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
//相当于如下
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, int arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

4.8.获取设置环境变量

  • getenv
  • setenv