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笔记整理—内核！启动！—linux应用编程、网络编程部分（1）API概述与文件I/O

article 2024/11/15 11:09:42

文件I/O即为文件的input和output的功能。

操作系统的API：

学习操作系统的本质就是学习一个操作系统提供的API。

常用的IO:open、close、write、read、lseek。打开一个文件（open）得到一个文件描述符，读写文件使用（read、write、lseek），关闭文件使用（close）。

对于linux而言，打不开文件就干不了活，使用完毕文件不进行关闭容易造成文件损坏。

文件平日存在块设备里，通过文件系统进行管理，最底层表现为扇区。存在块设备中的未打开文件是静态文件。

内核中在进程建立一个打开的文件数据结构，记录下整个文件。开辟申请一段内存，将静态文件读取到内存中得到一个动态文件。打开后的操作是针对内存中复制的这个文件，而不是块中的文件。close整个文件后将内存中的动态文件更新到块设备，更新静态文件。

块设备只能按照扇区操作。不支持随机访问，要改就是改一块，内存支持随机访问，读取、更改，说是那就是那，这就是随机访问（RAM-random）。

文件描述符的实质就是一个数字，用于区分不同的动态文件，一个程序打开，就会创建一个文件描述符，多个文件，就可以用文件描述符进行区分。

int fd=-1;
fd=open("a.txt",O_RDWR);

if(-1==fd)
{    
    printf("err\n");
}
printf("fd=%d",fd);
close(fd);

open的文件描述符一定要保存好。

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

fd是文件描述符，代表了是那个文件；*buf提供了一个内存的缓冲区，用于存储读取的内容；count为读取多少字节的数据。

ssize_t是使用typedef重新定义的int类型数据，返回数据则为成功读取到的字节数。

char buf[100]={0};
int ret=-1;

ret=read(fd,buf,20);
if(-1==ret)
{
    printf("err\n");
}
else
{
    printf("ret=%d,buf=%s",ret,buf);
}
close(fd);

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

在fd指向的文件写入count个buf中的字节数。

char writebuf[20]=“xxxx”;
int ret=-1;

ret=write(fd,writebuf,strlen(writebuf));
if(ret<0)
{
    printf("err\n");
}
else
{
    printf("ret=%d,writebuf=%s",ret,writebuf);
}
close(fd);

open()函数的flag：与读写权限相关，O_RDONLY只读、O_WRONLY只写、O_RDWR可读可写。打开一个有内容的文件一般会进行三种写的操作①新内容覆盖旧内容。②接续写。③写在头部。

O_TRUNC:会使打开的文件的内容清除。

O_APPEND接续内容。

O_TRUNC会顶掉O_APPEND操作。

打开文件错误时退出进程： return -1;return只能在mian中使用，所以一般使用exit\_exit\_Exit终止进程，如_exit(-1);

打开的文件不存在：O_CREAT表示已知所打开的文件不存在，需要进行创建，创建后再打开。open("a.txt",O_RDWR|O_CREAT)。如果文件存在，则会将文件重新创建。

使用O_EXCL和O_CREAT结合，文件存在则会报err，文件不存在则会被创建。同时使用O_CREAT创建文件时可赋予文件权值。open("a.txt",O_RDWR|O_CREAT,0666)；

O_NONBLOCK只用于设备文件，不会用于普通文件，非阻塞式，要么操作成功，要么报err，不排队不等待，保障了时间，但不保障结果，多用于dcntl函数，打开设备文件。一般情况下打开一个文件是默认为阻塞的。

O_SYNC非阻塞式，正常没有O_SYNC的情况下，缓冲区接受完成buf会一次性写入块设备，若O_SYNC则缓冲区有一个内容就会立刻对内容进行处理，不等待buf全部进入缓冲区。正常情况下，buf会先写入缓冲区，再一次性写入设备，这对设备的寿命有利。

error number错误码，常见的错误都有对应的错误码，当函数执行错误时，会返回一个number。errno由操作系统进行维护，os内部函数都可进行设置errno去报告对应的errno。linux提供一个函数perror去对接errno，不用传参，通过数字传递相关信息。void perror(count char *s)->perror(“文件打开错误”)，打印相关错误信息的时候，会附加上错误原因的，由errno的接口才能使用perror。

值得一提的是，如果读串口使用阻塞模式读30个字节，但只读了20个字节时，就会等待余下的10个字节，有时候传输的数据很大时，应会多次读取进行传输。

文件的I/O指定是open、close、write等API，能干活但是效率不新，本质上系统层与应用层之间是存在差异的如count的大小。

C库函数提供了标准I/O，fopen、fwrite等库函数，这些IO函数，是通过系统的文件IO库二次封装而来的，主要是再应用层提供了缓冲机制，fwrite的内容先进应用层buf，再根据最佳选择运输到内核buf，内核再根据最佳选择写入块设备。