一文講解linux-文件系統(tǒng)調(diào)用-基于C語(yǔ)言
是操作系統(tǒng)提供的、與用戶程序之間的接口，也就是操作系統(tǒng)提供給程序員的接口。從感覺(jué)上系統(tǒng)調(diào)用類似于過(guò)程調(diào)用，都由程序代碼構(gòu)成，使用方式相同，但兩者有實(shí)質(zhì)差別：過(guò)程調(diào)用只能在用戶態(tài)下運(yùn)行，不能進(jìn)入核心態(tài)；而系統(tǒng)調(diào)用可以實(shí)現(xiàn)從用戶態(tài)到核心態(tài)的轉(zhuǎn)變。
Linux文件描述符
文件描述符fd是進(jìn)程打開(kāi)文件列表中的序號(hào)，它是一個(gè)0~255的整數(shù)。文件描述符0、1、2分別用于表示標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤文件。進(jìn)程打開(kāi)一個(gè)文件后，就一直使用文件描述符fd來(lái)對(duì)文件進(jìn)行標(biāo)識(shí)并進(jìn)行各種操作，它是文件正在被進(jìn)程使用的標(biāo)志。
open系統(tǒng)調(diào)用
調(diào)用open可以打開(kāi)或創(chuàng)建一個(gè)文件。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int oflag, ... /* mode_t mode */);返回：若成功為文件描述符，若出錯(cuò)為- 1
我們將第三個(gè)參數(shù)寫(xiě)為. . .，這是ANSI C說(shuō)明余下參數(shù)的數(shù)目和類型可以變化的方法。對(duì)于open函數(shù)而言，僅當(dāng)創(chuàng)建新文件時(shí)才使用第三個(gè)參數(shù)。在函數(shù)原型中此參數(shù)放置在注釋中。
第一個(gè)參數(shù)**pathname*是要打開(kāi)或創(chuàng)建的文件的名字。
第二個(gè)參數(shù)oflag參數(shù)可用來(lái)說(shuō)明此函數(shù)的多個(gè)選擇項(xiàng)。用下列一個(gè)或多個(gè)常數(shù)進(jìn)行或運(yùn)算構(gòu)成oflag*參數(shù)(這些常數(shù)定義在< fcntl . h >頭文件中, 在這三個(gè)常數(shù)中應(yīng)當(dāng)只指定一個(gè))：
O_RDONLY 只讀打開(kāi)
O_WRONLY 只寫(xiě)打開(kāi)
O_RDWR 讀、寫(xiě)打開(kāi)
第三個(gè)可選參數(shù)：
O_APPEND 每次寫(xiě)時(shí)都加到文件的尾端。
O_CREAT 若此文件不存在則創(chuàng)建它。使用此選擇項(xiàng)時(shí)，需同時(shí)說(shuō)明第三個(gè)參數(shù)mode，用其說(shuō)明該新文件的存取許可權(quán)位。
O_EXCL 如果同時(shí)指定了O_CREAT，而文件已經(jīng)存在，則出錯(cuò)。這可測(cè)試一個(gè)文件是否存在。
O_TRUNC 如果此文件存在，而且為只讀或只寫(xiě)成功打開(kāi)，則將其長(zhǎng)度截短為0。
O_NONBLOCK 如果pathname指的是一個(gè)FIFO、一個(gè)塊特殊文件或一個(gè)字符特殊文件，則此選擇項(xiàng)為此文件的本次打開(kāi)操作和后續(xù)的I / O操作設(shè)置非阻塞方式。
O_SYNC 使每次write都等到物理I / O操作完成。
由open函數(shù)返回的文件描述符一定是最小的未用描述符數(shù)字。
舉例：
int fd; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//定義一個(gè)整型的文件描述符
char path[]=“/proc/version” ? ? //記錄Linux內(nèi)核版本的文件
fd=open(path,O_RDONLY) ? //以只讀方式打開(kāi)close調(diào)用
可用close關(guān)閉一個(gè)打開(kāi)文件：
#include <unistd.h>
int close (int fd)；返回：若成功為0，若出錯(cuò)為-1
關(guān)閉一個(gè)文件時(shí)也釋放該進(jìn)程加在該文件上的所有記錄鎖。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程終止時(shí)，它所有的打開(kāi)文件都由內(nèi)核自動(dòng)關(guān)閉。
【文章福利】小編推薦自己的Linux內(nèi)核技術(shù)交流群:【891587639】整理了一些個(gè)人覺(jué)得比較好的學(xué)習(xí)書(shū)籍、視頻資料共享在群文件里面，有需要的可以自行添加哦?。。。ê曨l教程、電子書(shū)、實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目及代碼)? ??
lseek調(diào)用
每個(gè)打開(kāi)的文件都有一個(gè)與其相關(guān)聯(lián)的“當(dāng)前文件位移量”。它是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，用以度量從文件開(kāi)始處計(jì)算的字節(jié)數(shù)。通常，讀、寫(xiě)操作都從當(dāng)前文件位移量處開(kāi)始，并使位移量增加所讀或?qū)懙淖止?jié)數(shù)。按系統(tǒng)默認(rèn)，當(dāng)打開(kāi)一個(gè)文件時(shí)，除非指定O_APPEND選擇項(xiàng)，否則該位移量被設(shè)置為0。
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence) ;返回：若成功為新的文件位移，若出錯(cuò)為-1
對(duì)參數(shù)offset 的解釋與參數(shù)whence的值有關(guān)
若whence是SEEK_SET，則將該文件的位移量設(shè)置為距文件開(kāi)始處offset 個(gè)字節(jié)
若whence是SEEK_CUR，則將該文件的位移量設(shè)置為其當(dāng)前值加offset, offset可為正或負(fù)
若whence是SEEK_END，則將該文件的位移量設(shè)置為文件長(zhǎng)度加offset, offset可為正或負(fù)
若lseek成功執(zhí)行，則返回新的文件位移量，為此可以用下列方式確定一個(gè)打開(kāi)文件的當(dāng)前位移量：
off_t currpos;
currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);這種方法也可用來(lái)確定所涉及的文件是否可以設(shè)置位移量。如果文件描述符引用的是一個(gè)管道或FIFO，則lseek返回-1，并將errno設(shè)置為EPIPE。
lseek僅將當(dāng)前的文件位移量記錄在內(nèi)核內(nèi)，它并不引起任何I / O操作。然后，該位移量用于下一個(gè)讀或?qū)懖僮鳌?/p>
文件位移量可以大于文件的當(dāng)前長(zhǎng)度，這種情況下，對(duì)該文件的下一次寫(xiě)將延長(zhǎng)該文件并在文件中構(gòu)成一個(gè)空洞，這一點(diǎn)是允許的。位于文件中但沒(méi)有寫(xiě)過(guò)的字節(jié)都被讀為0。
read調(diào)用
用read從打開(kāi)的文件中讀數(shù)據(jù)。
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buff, size_t nbytes) ;返回：讀到的字節(jié)數(shù)，若已到文件尾為0，若出錯(cuò)為-1
write調(diào)用
用write函數(shù)向打開(kāi)文件寫(xiě)數(shù)據(jù)。
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes) ;返回：若成功為已寫(xiě)的字節(jié)數(shù)，若出錯(cuò)為-1
其返回值通常與參數(shù)nbytes的值不同，否則表示出錯(cuò)。write出錯(cuò)的一個(gè)常見(jiàn)原因是：磁盤已寫(xiě)滿，或者超過(guò)了對(duì)一個(gè)給定進(jìn)程的文件長(zhǎng)度限制。
對(duì)于普通文件，寫(xiě)操作從文件的當(dāng)前位移量處開(kāi)始。如果在打開(kāi)該文件時(shí)，指定了O_APPEND選擇項(xiàng)，則在每次寫(xiě)操作之前，將文件位移量設(shè)置在文件的當(dāng)前結(jié)尾處。在一次成功寫(xiě)之后，該文件位移量增加實(shí)際寫(xiě)的字節(jié)數(shù)。
unlink調(diào)用
unlink()函數(shù)功能即為刪除文件。執(zhí)行unlink()函數(shù)會(huì)刪除所給參數(shù)指定的文件。
#include<unistd.h>
int unlink(const char *pathname); // pathname：指定要移除的鏈接文件。成功返回0；失敗則返回-1，同時(shí)設(shè)置errno為相應(yīng)值。
執(zhí)行unlink()函數(shù)并不一定會(huì)真正的刪除文件，它先會(huì)檢查文件系統(tǒng)中此文件的連接數(shù)是否為1，如果不是1說(shuō)明此文件還有其他鏈接對(duì)象，因此只對(duì)此文件的連接數(shù)進(jìn)行減1操作。若連接數(shù)為1，并且在此時(shí)沒(méi)有任何進(jìn)程打開(kāi)該文件，此內(nèi)容才會(huì)真正地被刪除掉。在有進(jìn)程打開(kāi)此文件的情況下，則暫時(shí)不會(huì)刪除，直到所有打開(kāi)該文件的進(jìn)程都結(jié)束時(shí)文件就會(huì)被刪除。
文件鎖
fcntl函數(shù)可以改變已經(jīng)打開(kāi)文件的性質(zhì)。
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd,.../* int arg * / );返回：若成功則依賴于cmd(見(jiàn)下)，若出錯(cuò)為-1
fcntl函數(shù)有5種功能：
復(fù)制一個(gè)現(xiàn)有的描述符（cmd=F_DUPFD）.
獲得／設(shè)置文件描述符標(biāo)記(cmd=F_GETFD或F_SETFD).
獲得／設(shè)置文件狀態(tài)標(biāo)記(cmd=F_GETFL或F_SETFL).
獲得／設(shè)置異步I/O所有權(quán)(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN).
獲得／設(shè)置記錄鎖(cmd=F_GETLK,F_SETLK或F_SETLKW).
當(dāng)多個(gè)用戶共同使用、操作一個(gè)文件也即文件共享的情況下，Linux通常采用給文件上鎖的方法來(lái)避免產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)。
文件鎖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
struct flock{
? short l_type; ?// ?鎖類型，可取值為F_RDLCK、F_WRLCK、F_UNLCK
? off_t l_start; ?// 相對(duì)偏移量
? short l_whence; // 位移量起點(diǎn)：SEEK_SET文件開(kāi)頭、SEEK_CUR文件指針當(dāng)前位置、SEEK_END文件尾 ?
? off_t l_len; ? // ?加鎖區(qū)域長(zhǎng)度
? pid_t l_pid; ? // ?加鎖進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)
}拓展
/proc 文件系統(tǒng)是一種內(nèi)核和內(nèi)核模塊用來(lái)向進(jìn)程 (process) 發(fā)送信息的機(jī)制。這個(gè)偽文件系統(tǒng)讓你可以和內(nèi)核內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行交互，獲取有關(guān)進(jìn)程的有用信息，在運(yùn)行中改變?cè)O(shè)置。與其他文件系統(tǒng)不同，/proc 存在于內(nèi)存之中而不是硬盤上。proc 文件系統(tǒng)可以被用于收集有用的關(guān)于系統(tǒng)和運(yùn)行中的內(nèi)核的信息。
下面是一些重要的文件：
/proc/cpuinfo - CPU 的信息 (型號(hào), 家族, 緩存大小等)
/proc/meminfo - 物理內(nèi)存、交換空間等的信息
/proc/mounts - 已加載的文件系統(tǒng)的列表
/proc/devices - 可用設(shè)備的列表
/proc/filesystems - 被支持的文件系統(tǒng)
/proc/modules - 已加載的模塊
/proc/version - 內(nèi)核版本
/proc/cmdline - 系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)輸入的內(nèi)核命令行參數(shù)
有一些以數(shù)字命名的目錄，它們是進(jìn)程目錄。系統(tǒng)中當(dāng)前運(yùn)行的每一個(gè)進(jìn)程在/proc下都對(duì)應(yīng)一個(gè)以進(jìn)程號(hào)為目錄名的目錄/proc/pid，它們是讀取進(jìn)程信息的接口。
通過(guò) /proc 中可讀寫(xiě)的文件提供了對(duì)內(nèi)核的交互機(jī)制。寫(xiě)這些文件可以改變內(nèi)核的狀態(tài)。大部分 /proc 的文件是只讀的，/proc/sys 目錄存放所有可讀寫(xiě)的文件的目錄，可以被用于改變內(nèi)核行為， /proc/sys/kernel目錄包含反通用內(nèi)核行為的信息。
實(shí)驗(yàn)
編寫(xiě)兩個(gè)源代碼文件read_lock.c和write_lock.c，分別調(diào)用lock_set函數(shù)對(duì)文件加讀鎖和寫(xiě)鎖。
// lock.c 實(shí)現(xiàn)加鎖
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
int lock_set(int fd,int type)
{
struct flock old_lock,lock;
lock.l_whence = SEEK_SET;
lock.l_start = 0;
lock.l_len = 0;
lock.l_type = type;
lock.l_pid = -1;
fcntl(fd,F_GETLK,&lock);
if(lock.l_type != F_UNLCK)
{
if(lock.l_type == F_RDLCK)
printf("Read lock already set by %d\n",lock.l_pid);
else if(lock.l_type == F_WRLCK)
printf("Write lock already set by %d\n",lock.l_pid);
}
lock.l_type = type;
if((fcntl(fd,F_SETLKW,&lock)) < 0)
{
printf("Lock failed:type = %d\n",lock.l_type);
return 1;
}
switch(lock.l_type)
{
case F_RDLCK:
printf("Read lock set by %d\n",getpid());
break;
case F_WRLCK:
printf("Write lock set by %d\n",getpid());
break;
case F_UNLCK:
printf("Release lock set by %d\n",getpid());
return 1;
break;
default:
break;
}
return 0;
}
// 讀鎖
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include "lock.c"
int main(){
char filepath[] = "./test";
int fd = open(filepath, O_RDONLY);
lock_set(fd, F_RDLCK);
getchar();
return 0;
}
// 寫(xiě)鎖
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include "lock.c"
int main(){
char filepath[] = "./test";
int fd = open(filepath, O_WRONLY);
lock_set(fd, F_WRLCK);
getchar();
return 0;
}