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Linux下write函数

article 2024/9/23 9:24:24

在 Linux 中，write 函数是操作系统提供的最基础的系统调用之一，用于向文件描述符写入数据。它的使用非常广泛，不仅仅限于普通文件，还包括管道、套接字、字符设备等。

Linux 中的 `write` 函数详解

一、函数定义与头文件

write 函数在 <unistd.h> 头文件中定义，函数原型如下：

#include <unistd.h>

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

二、参数详解

write 函数的参数有三个：

fd：文件描述符，表示将数据写入到哪里。可以是文件、设备、套接字等。文件描述符是一个整数，通常是由 open 系统调用返回的。
- 0：标准输入（stdin）
- 1：标准输出（stdout）
- 2：标准错误（stderr）
buf：指向要写入的数据的缓冲区。这是一个 void 类型的指针，意味着它可以指向任何类型的数据。
count：要写入的字节数。函数会尝试从 buf 中写入 count 个字节的数据。

三、返回值

write 函数的返回值为 ssize_t 类型，表示实际写入的字节数：

返回值为正整数，表示成功写入的字节数，可能会小于 count（例如，由于磁盘已满等原因）。
返回值为 0，表示没有写入任何数据。
返回值为 -1，表示发生错误，并设置 errno 来提供进一步的错误信息。

四、示例代码

下面是一个简单的例子，向文件中写入数据：

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

int main() {
    const char *text = "Hello, Linux write function!\n";
    int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    
    if (fd == -1) {
        perror("Failed to open file");
        return 1;
    }

    ssize_t bytes_written = write(fd, text, sizeof(text));

    if (bytes_written == -1) {
        perror("Failed to write to file");
        close(fd);
        return 1;
    }

    printf("Wrote %zd bytes to output.txt\n", bytes_written);

    close(fd);
    return 0;
}

五、常见错误处理

write 在发生错误时会返回 -1，并设置 errno，我们可以通过 perror 或 strerror 来输出错误信息。常见的错误有：

EAGAIN：文件描述符是非阻塞的，但资源暂时不可用。
EBADF：文件描述符无效或没有写权限。
EFAULT：提供的缓冲区指针无效。
EINVAL：参数不合法，例如，尝试向不可写的文件描述符写数据。
EFBIG：试图写入超过文件系统大小限制的数据。
ENOSPC：磁盘空间不足。

六、`write` 的行为细节

写入大小可能小于请求的字节数
write 函数不会保证一次性写入请求的所有字节。在某些情况下，尤其是在向网络套接字或管道写入数据时，write 可能会提前返回，写入的字节数少于 count。这种情况发生时，通常需要继续调用 write 直到所有数据都成功写入。

例如：
```
ssize_t total_written = 0;
while (total_written < count) {
    ssize_t written = write(fd, buf + total_written, count - total_written);
    if (written == -1) {
        // 处理错误
        break;
    }
    total_written += written;
}
```
写入缓冲区
当我们向文件或设备写入数据时，write 可能并不会立即将数据写入物理磁盘，而是写入内核缓冲区。这种缓冲机制提高了写入性能，但意味着在数据真正落盘之前可能会有延迟。可以使用 fsync 或 fdatasync 确保数据被刷新到磁盘。
原子性
write 操作是“原子”的，尤其是对于文件描述符指向的常规文件。也就是说，当多个进程同时写入同一个文件时，系统会保证这些写操作不会交错。但是，对于非常大的写操作（超过 PIPE_BUF 大小），可能无法保证原子性。

七、`write` 的使用场景

写入大小可能小于请求的字节数
write 函数不会保证一次性写入请求的所有字节。在某些情况下，尤其是在向网络套接字或管道写入数据时，write 可能会提前返回，写入的字节数少于 count。这种情况发生时，通常需要继续调用 write 直到所有数据都成功写入。

例如：
```
ssize_t total_written = 0;
while (total_written < count) {
    ssize_t written = write(fd, buf + total_written, count - total_written);
    if (written == -1) {
        // 处理错误
        break;
    }
    total_written += written;
}
```
写入缓冲区
当我们向文件或设备写入数据时，write 可能并不会立即将数据写入物理磁盘，而是写入内核缓冲区。这种缓冲机制提高了写入性能，但意味着在数据真正落盘之前可能会有延迟。可以使用 fsync 或 fdatasync 确保数据被刷新到磁盘。
原子性
write 操作是“原子”的，尤其是对于文件描述符指向的常规文件。也就是说，当多个进程同时写入同一个文件时，系统会保证这些写操作不会交错。但是，对于非常大的写操作（超过 PIPE_BUF 大小），可能无法保证原子性。
写入文件
这是最常见的使用场景。通过 open 打开文件，使用 write 写入数据，最后使用 close 关闭文件。
网络通信
当使用套接字编程时，write 可以用于向网络连接发送数据。结合 socket 和 connect 函数，write 成为向服务器或客户端发送数据的基础。
管道通信
在父子进程间通过管道传递数据时，也可以使用 write。创建管道后，父进程可以向管道写入数据，子进程可以从管道读取数据，反之亦然。
read：与 write 相对应的系统调用，用于从文件描述符中读取数据。
open：用于打开文件，返回文件描述符。
close：用于关闭文件描述符，释放相关资源。
fsync / fdatasync：用于强制将缓冲区中的数据同步到磁盘。