Android C++系列：Linux文件IO操作(一) - InfoQ 写作平台

1.1 C 标准函数与系统函数的区别

1.1.1 I/O 缓冲区

每一个 FILE 文件流都有一个缓冲区 buffer，默认大小 8192Byte。

1.1.2 效率

1.1.3 程序的跨平台性

事实上 Unbuffered I/O 这个名词是有些误导的，虽然 write 系统调用位于 C 标准库 I/O 缓 冲区的底层，但在 write 的底层也可以分配一个内核 I/O 缓冲区，所以 write 也不一定是直接 写到文件的，也可能写到内核 I/O 缓冲区中，至于究竟写到了文件中还是内核缓冲区中对于 进程来说是没有差别的，如果进程 A 和进程 B 打开同一文件，进程 A 写到内核 I/O 缓冲区中的数 据从进程 B 也能读到，而 C 标准库的 I/O 缓冲区则不具有这一特性(想一想为什么)。

1.2 PCB 概念

1.2.1 task_struct 结构体

    /usr/src/linux-headers/include/linux/sched.h

1.2.2 files_struct 结构体

1.3 open/close

1.3.1 文件描述符

一个进程默认打开 3 个文件描述符

STDIN_FILENO 0 STDOUT_FILENO 1 STDERR_FILENO 2

新打开文件返回文件描述符表中未使用的最小文件描述符。 open 函数可以打开或创建一个文件。

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h>int open(const char *pathname, int flags);int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); 返回值:成功返回新分配的文件描述符，出错返回-1并设置errno

在 Man Page 中 open 函数有两种形式，一种带两个参数，一种带三个参数，其实在 C 代码 中 open 函数是这样声明的:

 int open(const char *pathname, int flags, ...);

最后的可变参数可以是 0 个或 1 个，由 flags 参数中的标志位决定，见下面的详细说明。

pathname 参数是要打开或创建的文件名，和 fopen 一样，pathname 既可以是相对路径也 可以是绝对路径。flags 参数有一系列常数值可供选择，可以同时选择多个常数用按位或运 算符连接起来，所以这些常数的宏定义都以 O_开头，表示 or。

  必选项:以下三个常数中必须指定一个，且仅允许指定一个。

* O_RDONLY 只读打开* O_WRONLY 只写打开* O_RDWR 可读可写打开

以下可选项可以同时指定 0 个或多个，和必选项按位或起来作为 flags 参数。可选项有很多， 这里只介绍一部分，其它选项可参考 open(2)的 Man Page:

• * O_APPEND 表示追加。如果文件已有内容，这次打开文件所写的数据附加到文件的末尾 而不覆盖原来的内容。

• * O_CREAT 若此文件不存在则创建它。使用此选项时需要提供第三个参数 mode，表示该 文件的访问权限。

• * O_EXCL 如果同时指定了 O_CREAT，并且文件已存在，则出错返回。

• * O_TRUNC 如果文件已存在，并且以只写或可读可写方式打开，则将其长度截断(Trun-

• cate)为 0 字节。

• * O_NONBLOCK 对于设备文件，以 O_NONBLOCK 方式打开可以做非阻塞 I/O(Nonblock I/

• O)，非阻塞 I/O 在下一节详细讲解。

• 注意 open 函数与 C 标准 I/O 库的 fopen 函数有些细微的区别: 以可写的方式 fopen 一个文件时，如果文件不存在会自动创建，而 open 一个文件时必须

• 明确指定 O_CREAT 才会创建文件，否则文件不存在就出错返回。 以 w 或 w+方式 fopen 一个文件时，如果文件已存在就截断为 0 字节，而 open 一个文件时必

• 须明确指定 O_TRUNC 才会截断文件，否则直接在原来的数据上改写。 第三个参数 mode 指定文件权限，可以用八进制数表示，比如 0644 表示-rw-r-r–，也可

• 以用 S_IRUSR、S_IWUSR 等宏定义按位或起来表示，详见 open(2)的 Man Page。要注意的是， 文件权限由 open 的 mode 参数和当前进程的 umask 掩码共同决定。

• 补充说明一下 Shell 的 umask 命令。Shell 进程的 umask 掩码可以用 umask 命令查看:

  $ umask   0002

用 touch 命令创建一个文件时，创建权限是 0666，而 touch 进程继承了 Shell 进程的 umask 掩码，所以最终的文件权限是 0666&∼022=0644。

  $ touch file123  $ ls -l file123  -rw-rw-r-- 1 qingkouwei qingkouwei 0 9月 11 23:48 file123

同样道理，用 gcc 编译生成一个可执行文件时，创建权限是 0777，而最终的文件权限是

0777 & ∼022 = 0755。

  ubuntu:~$ umask  0002  ubuntu:~$ gcc main.c  ubuntu:~$ ls -l a.out  -rwxrwxr-x 1 qingkouwei qingkouwei 7158 9月 11 23:51 a.out

我们看到的都是被 umask 掩码修改之后的权限，那么如何证明 touch 或 gcc 创建文件的权 限本来应该是 0666 和 0777 呢?我们可以把 Shell 进程的 umask 改成 0，再重复上述实验:

  $ rm file123 a.out  $ umask 0  $ touch file123  $ ls -l file123  -rw-rw-rw- 1 qingkouwei qingkouwei $ gcc main.c  0 9月 11 23:52 file123  $ ls -l a.out  -rwxrwxr-x 1 qingkouwei qingkouwei 7158 9月 11 23:52 a.out

现在我们自己写一个程序，在其中调用 open(“somefile”, O_WRONLY | O_CREAT, 0664);创建文件，然后在 Shell 中运行并查看结果:

close 函数关闭一个已打开的文件:

  #include <unistd.h>  int close(int fd); 返回值:成功返回0，出错返回-1并设置errno

参数 fd 是要关闭的文件描述符。需要说明的是，当一个进程终止时，内核对该进程所有 尚未关闭的文件描述符调用 close 关闭，所以即使用户程序不调用 close，在终止时内核也会 自动关闭它打开的所有文件。但是对于一个长年累月运行的程序(比如网络服务器)，打开 的文件描述符一定要记得关闭，否则随着打开的文件越来越多，会占用大量文件描述符和系 统资源。

由 open 返回的文件描述符一定是该进程尚未使用的最小描述符。由于程序启动时自动打 开文件描述符 0、1、2，因此第一次调用 open 打开文件通常会返回描述符 3，再调用 open 就会 返回 4。可以利用这一点在标准输入、标准输出或标准错误输出上打开一个新文件，实现重 定向的功能。例如，首先调用 close 关闭文件描述符 1，然后调用 open 打开一个常规文件， 则一定会返回文件描述符 1，这时候标准输出就不再是终端，而是一个常规文件了，再调用 printf 就不会打印到屏幕上，而是写到这个文件中了。后面要讲的 dup2 函数提供了另外一种 办法在指定的文件描述符上打开文件。

1.3.2 最大打开文件个数

查看当前系统允许打开最大文件个数

 cat /proc/sys/fs/file-max

当前默认设置最大打开文件个数 1024

 ulimit -a

修改默认设置最大打开文件个数为 4096

ulimit -n 4096

1.4 总结

文本介绍了 Linux 下的文件操作命令、系统调用、API 接口等。并介绍了 C 标准函数与系统函数的区别，PCB 概念等。