Linux编程 第4章 输入输出与文件系统

讨论: mode_t是什么类型？
二、参数flags和mode的说明
1. flgas：指明了进程打算如何访问这个文件，它必须包括以 下标志之一 它必须指明三种打开方式之一，各对应一个二进制位：
只读。文件应该存在，（bit 0） O_WRONLY: 只写，写入内容替换指针出数据（bit 1） O_RDWR: 可读可写（bit 2）
缓冲区地址 buf 主存 缓冲区长度为 n个字节 1101...01010110
缓冲区地址 buf 主存 缓冲区长度为 n个字节 1101...01010110
read(fd,buf,n)
文件内容 10110... 1101...01010110 ...11010
write(fd,buf,n)
文件内容 10110... 1101...01010110 ...11010
件”file.out”，若file.out原来有 数据，则覆盖之，原来不存在 ，则创建之 (1)某个编辑程序要打开一个C语 言程序p1.c进行编辑，p1.c不 存在则创建之
4.3 文件读写编程方法
4.4.1文件读写编程 一、函数声明及功能
#include <unistd.h> ssize_t read(int fd , void *buf , size_t n); 返回:若成功则为读出的字节数，若遇EOF 则为0. 若出错为-1. ssize_t write(int fd , const void *buf, size_t n); 返回：若成功则为写入的字节数，若出错则为-1
mode=S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP| S_IWGRP|S_IROTH|S_IWOTH = 0666 110 110 110 新文件权限为：
& 111 101 101 perm 110 100 100


即rw- rw- rw- 减去 --- -w- -w-，结果为rw-r--r-umask设置：umask -p 0002 练习4.1
表示文件所有者拥有执行权限。
表示同组用户拥有读权限。 表示同组用户拥有写权限。 表示同组用户拥有执行权限。 表示其他用户拥有读权限。 表示其他用户拥有写权限。 表示其他用户拥有执行权限。
（2）umask环境变量 是新建文件掩码，umask变量值中为1的位是不允许新创建文 件拥有的权限位。 新建文件的实际访问权限位被设置为mode &~umask 示例： umask=S_IWGRP|S_IWOTH= 0022
讨论： 为何使用类型size_t和ssize_t 返回值类型为ssize_t，而读写字节数参数n的类型为 size_t
二、read/write函数进一步说明 read(fd,buf,n)：从描述符为fd的当前读写位置拷贝最多n个字 节数据到存储器位置buf，返回值-1表示一个错误，而返回值0 表示EOF，否则，返回值表示的是实际传送的字节数量。 write(fd,buf,n)：从缓冲区buf拷贝至多n个字节数据到文件fd的 当前读写位置，并移动文件指针到写入内容之后，如果读写指 针在文件中间，写入内容将覆盖原有内容。

本章主要内容

什么是UNIX I/O(或系统级I/O) Linux如何给新建文件设置操作权限
使用系统级I/O函数进行输入输出的基本方法
Linux内核如何对打开文件实施管理 文件描述符复制dup和I/O重定向实现原理 RIO健壮I/O包及使用方法 如何读取文件元数据


内存映射原理与编程方法


write函数：向文件写入数据，并移动读写指针 close函数：关闭文件，回收内核打开文件结构内容，将未写入文件数据 flush到文件，将文件属性写回外存
4.2 文件打开和关闭函数
一、函数原型 #include <sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include <fcntl.h> int fd=open(char* filename, int flags, mode_t mode); 返回: 若成功返回新文件描述符，若出错为-1 int close(int fd); 返回: 若成功则为>0. 若出错为-1.
第4章输入输出与文件系统
本章概述 本章的学习目标 主要内容
概述
文件系统是操作系统中负责存储和管理信息的模块，它 用统一的方式管理用户和系统信息的存储、检索、更新、共 享和保护，并为用户提供一整套方便有效的文件使用和操作 方法。对计算机类专业学生来说，学习文件系统基本工作原 理，掌握文件和I/O编程的基本方法，对未来开发出效率高、 可靠性好有很大帮助，是理解计算机系统工作原理的重要部 分，也是未来从事相关研究与应用优化的基础知识。本章主 要讲授文管理系统结构、系统级I/O、内核文件I/O数据结构、 文件组织、文件物理结构等。

Bm-1
四、UNIX I/O（系统级I/O）构成

open函数：打开文件。
应用程序调用open要求内核打开相应的文件，来宣告它想要访问一个I/O设备或
文件。 内核返回文件描述符，一个小的非负整数，以后操作用描述符来标识该文件，内 核记录有关这个打开文件的所有信息（文件属性、读写指针），应用程序只需记 住这个描述符 系统将自动打开键盘、正常输出窗口（屏幕）、错误输出窗口三个设备文件，返 回前三个文件描述符0、1、2，分别称为标准输入、标准输出、标准错误输出
学习目标
了解文件系统层次结构和文件I/O库之间关系、应用场合、 性能比较 掌握使用系统级I/O函数进行文件I/O、文件元数据读取的 基本编程方法，能根据应用需求进行I/O库选择 掌握内核文件I/O数据结构的用途与文件打开过程，理解文 件描述符含义、文件共享原理，以及I/O重定向原理 掌握文件组织和文件物理结构，能进行优劣对比分析，理 解提高文件搜索效率的基本方法
$ time ./fcopy1 real 0m9.27s user 0m0.98s sys 0m7.77s
fcopy2.c：每次读写一1K bytes，复制2MB文件
#include "wrapper.h" int main() { char block[1024];
int in , out; int nread; in = Open("file.in" , O_RDONLY,0); out = Open( "file.out", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666 ); while ((nread =Read(in, block, sizeof(block))) >0) Write(out , block , nread) ; Close(in); Close(out); exit (0) ; }
执行read前文件 读写位置为pos
n个字节 执行read后文件读 写位置为pos+n
写入前文件读写 位置为pos
n个字节
写入后文件读写 位置为pos+n
三、示例
示例1. 输入文件infile的内容是：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz。
程序testwrite1.c：
#include "wrapper.h" int main() { int fd; char buf[100]; fd=Open("infile",O_RDWR,0); Write (fd,"1234",4); Read (fd,buf,4); buf[4]=0; //给从文件读回的文本数据添加串结束符 printf("%s\n",buf); Close(fd); }
二、学习UNIX I/O的意义 学习UNIX I/O有助于理解其他系统概念，如管道、I/O重定 向、守护进程实现 I/O是系统操作不可或缺的组成部分，是理解上层I/O库工 作原理的基础 某些场景下进行I/O编程（如网络编程、管道、读取文件元 数据）必须使用UNIX I/O
三、UNIX文件和UNIX I/O概念 一个UNIX文件就是一个m个字节的序列：B0, B1 , …, Bk,…, 所有的I/O设备，如键盘、网络、磁盘和终端，都被模型化 为文件，可称为设备文件，所有的输入和输出都用对相应 文件的读和写来执行。 这种将设备优雅地映射为文件的方式，允许UNIX内核引出 一个简单、低级的应用接口，用于文件操作，称为UNIX I/O，又称系统I/O
练习：根据应用场景，写出正确的open函数调用，若 创建新文件，则新文件权限为rw-r--r--(umask=0002)
应用场景 (1) 某程序需要将操作日志写 入日志文件 ”1.log”, 若 1.log 不存 在则创建之，若存在则将日志信 息追加到已有信息之后 (1)某程序需将运行结果写入文 open函数调用
程序执行结果：？
练习：程序阅读4.2
四、文件读写性能
fcopy1.c：每次读写一个字节，复制2MB文件
#include "wrapper.h" int main() { char c; int in , out; in = Open("file.in" , O_RDONLY, 0); out = Open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666 ); while (Read(in,&c , 1) == 1) Write(out , &c , 1 ) ; Close(in); Close(out); exit (0) ; }
O_RDONLY:

写操作还可包含以下额外标志，与按位或与基本标志形成 flags参数：
如果文件不存在，就创建它的一个空文件 O_TRUNC: 如果文件已经存在，就截断它。 O_APPEND: 以添加方式打开文件，在每次写操作前，设置文件读 写指针到文件的结尾处