文件和设备编程
2008-03-08 21:58:22 来源:WEB开发网 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嬫盯鏌i弽褋鍋㈤柣娑卞枤閳ь剨缍嗛崰妤呭磻閹版澘绾ч柛顐亞閸樻盯鏌℃担鍛婂枠婵﹤顭峰畷鎺戭潩椤戣棄浜惧瀣捣閻棗霉閿濆浜ら柤鏉挎健瀵爼宕煎☉妯侯瀷婵炲濮靛畝绋款潖缂佹ɑ濯村〒姘煎灡閺侇垱绻濆▓鍨灁闁稿﹥顨婂畷姘跺箳閹炬潙鍔呴梺闈浨归崕鎶剿囬锔解拺闁革富鍘奸崝瀣亜閵娿儲鍣介柣姘劤椤撳吋寰勭€n剙骞堟俊鐐€栭崝鎴﹀磹閺囥垹鍑犻幖绮瑰煑瑜版帗鍋愰柣鎴烇供娴犫晝绱撴担浠嬪摵闁圭ǹ顭烽獮蹇涘川閺夋垹顦梺鍦帛鐢帗绔熷鍡曠箚闁绘劦浜滈埀顒佺墪鐓ゆ俊顖濆吹缁犳儳鈹戦悩鍙夋悙闁哄绶氶弻娑㈠箛闂堟稒鐏堢紒鐐劤閸氬鎹㈠☉銏犵闁绘劘娉涢ˉ婵單旈悩闈涗粶闁绘鎸搁~蹇曠磼濡顎撻梺鍛婄☉閿曘儵宕曢幘鏂ユ斀闁绘劘灏欏﹢鎾煕閵娿劍顥夐柣锝呭槻閳规垿宕卞▎鎰暦闂備礁鎲″ú锕傚礈濞嗘挸鐒垫い鎺嗗亾闁绘牕銈稿濠氭晲閸涘倻鍠栭幊鏍煛娴d警鍋ч梻鍌欒兌缁垶骞愮拠瑁佹椽鎮㈤悡搴ゆ憰闂佺粯鏌ㄩ崥瀣吹鐎n偁浜滈柟鍝勬娴滅偓绻濈喊澶岀?闁告鍥ㄧ畳婵犵數濮撮敃銈団偓姘煎墴瀹曟繈濡舵径瀣帗闁荤喐鐟ョ€氼剟鎮橀幘顔界厸濞达絽鎽滄晥閻庤娲滈崰鏍€侀弴銏犵労闁告劏鏅濈粣鏃堟⒒閸屾艾鈧兘鎳楅懜鐢典粴闂備焦瀵уú蹇涘磿閻㈢ǹ绠栫憸鏃堝箖閳哄懏鍤戞い鎺嶇劍椤旀洘绻濋悽闈涒枅婵炰匠鍥舵晞闁糕剝绋戦悿鐐節闂堟侗鍎愰柣鎾冲暟閹茬ǹ饪伴崼婵堫槶闂佺粯姊婚崢褔鎮橀幎鑺ョ叆闁哄洨鍋涢埀顒佹倐閺屻劑濡堕崱鏇犵畾闂侀潧鐗嗛崐鍛婄妤e啯鈷戠紓浣姑粭鎺楁煟韫囨柨鍝哄┑锛勬暬瀹曠喖顢涘槌栧敽闁诲骸绠嶉崕閬嶆偋閸℃稑鍌ㄩ柨娑樺绾捐棄霉閿濆懏鎯堢€涙繃绻濋埛鈧崒婊呯厯闂佺硶鏂侀崑鎾愁渻閵堝棗鍧婇柛瀣崌閺屾稑螣閼姐倗鐓夐悗瑙勬礃閸ㄥ潡鐛鈧顒勫Ψ閿旇姤婢戦梻鍌欒兌缁垱鐏欐繛瀛樼矤閸撴稓鍒掗敐澶婄睄闁割偆鍠撻崢閬嶆煟鎼搭垳绉甸柛瀣笒閳绘捇寮崼鐔哄帗闁荤喐鐟ョ€氼剟鎮樼€涙ǜ浜滈柕蹇ョ磿閹冲懏绻涢幋鐘虫毈闁诡喗绮撻幃鍓т沪閽樺鍞ㄥ┑鐘垫暩婵兘寮幖浣哥;婵炴垯鍨圭粻顖炴煙鐎电ǹ孝缂佽翰鍊濋弻娑⑩€﹂幋婵囨疇闂佹寧绻傞ˇ顖滅不濞戙垺鐓涘璺哄绾埖銇勯弬鍖¤含婵﹥妞介幃鐑藉级閹稿孩鐦g紓浣稿⒔閾忓酣宕i崘銊ф殾濞村吋娼欑粻濠氭偣閸ヮ亜鐨烘い鏂挎濮婅櫣绱掑Ο鍓佺窗缂備緡鍣崹璺虹暦閻㈢ǹ绠i柨鏃傛櫕閸樺墽绱撴担鍓插創婵炲娲樼粋鎺戔槈濞嗘劕寮块梺鎸庣箓濡鎱ㄥ鍡樺弿濠电姴鍋嗛悡鑲┾偓瑙勬礃鐢帡锝炲┑瀣垫晞闁芥ê顦竟鏇㈡⒑缂佹ê鐏卞┑顔哄€濆畷鐢稿礋椤栨稓鍘鹃梺鍛婄缚閸庢煡寮抽埡浼卞綊鎮╁畷鍥舵殹缂備胶绮换鍫ュ箖娴犲顥堟繛鎴烆殘閹规洘淇婇悙顏勨偓鏍洪敃鍌氱煑闁告劑鍔庨弳锔戒繆閵堝倸浜鹃柧浼欑到閵嗘帒顫濋悡搴d哗濠电偛鐗勯崝宀勨€旈崘顔嘉ч柛鈩冾殔椤洭姊虹粙鍖℃敾闁绘绮撻崺鈧い鎺嶈兌椤e弶鎱ㄥΟ绋垮闁糕斁鍋撳銈嗗笒閸婂綊宕甸埀顒佺節閵忋垺鍤€闁挎洦浜滈悾閿嬪閺夋垵鍞ㄩ悷婊冾樀瀵悂寮崼鐔哄帾婵犵數濮寸换鎰般€呴鍌滅<闁抽敮鍋撻柛瀣崌濮婄粯鎷呴崷顓熻弴闂佹悶鍔忓Λ鍕幓閼愁垼妲奸梺缁橆殔濞撮妲愰幘瀛樺闁告繂瀚竟鏇炩攽閻橆喖鐏畝锝堟硶閸掓帡寮崼鐔蜂画闂備緡鍙忕粻鎴濃枔閵娾晜鈷戦柛婵嗗椤箓鏌涙惔銈勫惈缂侇喖顭烽幃浠嬪川婵犲嫬骞嶉梻浣虹帛閸ㄨ泛鐜荤捄銊т笉婵せ鍋撻柡灞剧洴閹瑩宕归锝嗙槗闂備礁鎼惌澶岀礊娓氣偓楠炲啴鍩¢崨顔尖偓缁樻叏濡も偓濡棃宕Δ鍛拺閻犲洩灏欑粻鎵磼鐠囪尙澧︾€规洘绻傞悾婵嬪礋閸偅娅撻梻濠庡亜濞诧妇绮欓幋婵囨殰闂佽崵鍠愮划宀勊囬棃娑氭殾闁硅揪绠戠粻濠氭煠閹间焦娑ч柡瀣€垮娲川婵犲啫顦╅梺鍛婃尰閻熝囧窗婵犲偆鍚嬮柛娑变簼閺傗偓闂備礁鐤囧Λ鍕涘Δ浣侯洸婵犻潧鐗忕壕濂告偣閸ャ劌绲婚柍褜鍓欏ḿ锟犲极閹扮増鍊烽柛鎾茶兌閺夌ǹ鈹戦悙鏉戠仸闁荤噦绠撳畷鏇㈩敂閸啿鎷洪梻鍌氱墐閺呮盯鎯佸⿰鍫熺厱婵せ鍋撶紒鐘崇墵瀵偄顓奸崨顏勭墯闂佸憡鍔х徊楣冨棘閳ь剟姊绘担鍝ユ瀮婵☆偄瀚灋婵°倕鎳忛崐鍫曟煟濡偐甯涢柣鎾寸懅閻ヮ亪寮堕崹顔垮煘婵炲瓨绮堥崡鎶藉蓟閵娿儮鏀介柛顐g箑缁泛顪冮妶鍡樺碍闁靛牏枪閻g兘宕奸弴鐐靛幐闂佸憡鍔樺▔鏇㈡⒒椤栨稓绡€闁汇垽娼ф禒鈺呮煙濞茶绨界紒杈╁仦缁楃喖鍩€椤掑啯锛傞梻浣筋潐瀹曟﹢顢氳缁牊寰勭仦绋夸壕妤犵偛鐏濋崝姘亜閿斿灝宓嗛柟顔光偓鏂ユ瀻闁瑰濮烽敍婊堟煟鎼搭垳绉靛ù婊呭仦缁傛帡濮€閵堝棛鍘搁梺绯曞墲缁嬫劙骞夋ィ鍐╃厸鐎光偓鐎n剛袦闂佽桨鐒﹂崝娆忕暦閹偊妲诲Δ鐘靛仜椤戝懓鐏冮梺缁橈耿濞佳勭濠婂嫨浜滈柟瀛樼箥濡偓閻庢鍣崑濠傜暦濮椻偓椤㈡瑩鎳栭埡浣感曞┑锛勫亼閸婃牜鏁幒妤€纾圭紓浣贯缚閳绘梻鈧箍鍎遍幊澶愬绩娴犲鐓熸俊顖濇閿涘秵銇勯敐鍡欏弨闁哄本绋撻埀顒婄到婢у海绮旈鈧弻锛勪沪閸撗勫垱婵犵绱曢崗姗€鐛€n亖鏀介柛鈩兩戦宥呪攽鎺抽崐妤佹叏閺夋嚚娲敇閵忕姷鐣哄┑掳鍊曢崯顖炲窗閸℃稒鐓曢柡鍥ュ妼婢ь喚鐥弶璺ㄐょ紒杈ㄦ尰閹峰懘宕滈崣澹囨⒑閻熺増鍟炲┑鐐诧躬瀹曡銈i崘銊х潉闂佸壊鍋呯换鍕囬妸銉富闁靛牆妫欓悡銉︿繆閹绘帞澧fい锕€缍婇弻锛勪沪閸撗勫垱闂佺硶鏅涚€氭澘鐣峰Δ鍛亼闁逞屽墯缁傚秹顢旈崟搴㈢洴瀹曠喖顢曢銏″€梻浣规偠閸庮噣寮插┑瀣櫖婵犻潧娲ㄧ粻楣冨级閸繂鈷旈柛鎺撴緲椤潡鎮风敮顔垮惈閻庤娲樺ú鐔肩嵁閸ヮ剚鍋嬮柛顐犲灩楠炲牓姊绘笟鈧ḿ褎鐏欓梺绋块叄娴滃爼濡撮崒姘辨殾闁搞儮鏅濋敍婊冾渻閵堝棙鈷掗柍宄扮墦瀹曟洝绠涢弬璁崇盎闂佽鍎抽崯鍧楀箖閹寸姭鍋撻崹顐g凡閻庢凹鍣i崺鈧い鎺戯功缁夐潧霉濠婂嫮澧电€规洘鍨块獮妯肩磼濡厧寮抽梺璇插嚱缁插宕濈€n剝濮冲┑鐘崇閳锋垿鏌i悢鍝勵暭闁诡垰鐗忕槐鎺撳緞婵犲嫬鐓熼柦妯荤箞閺屻劑寮崼鐔告闂佺ǹ顑嗛幐鎼佸煝閹捐鍨傛い鏃傛櫕娴滎亪姊绘担绛嬪殭缂佺粯鍨归幑銏ゅ醇閵夈儲妲梺缁樺姇閹碱偆绮婚敐澶嬬叆闁哄洦顨呮禍楣冩⒑缂佹ɑ鎯堢紒缁樼箞瀵鈽夐姀鐘靛姶闂佸憡鍔楅崑鎾绘偩閸忚偐绠鹃悗鐢登归宀勬煕閵娿劍纭炬い顐㈢箰鐓ゆい蹇撳缁愭稒绻濋悽闈浶㈡繛瀵稿厴瀹曟繈宕奸弴鐔叉嫼闂佸憡绋戦敃銉﹀緞閸曨垱鐓曟繛鍡楃箻椤庢鎮¢妶澶嬬厱婵炴垶锕妤冪磼鐠囧弶顥㈤柡灞炬礋瀹曠厧鈹戦崼銏╁敽闂備礁鎲$敮濠囧础閹惰棄钃熸繛鎴欏灪閸嬪棗霉閿濆懏鎲稿ù鐘虫倐閹鎲撮崟顒傤槰闂佸憡姊归悷銉╂偩閻ゎ垬浜归柟鐑樼箖閺呮繈姊洪幐搴g畵闁瑰啿瀛╃€靛吋鎯旈姀銏㈢槇缂佸墽澧楄摫妞ゎ偄锕弻娑㈠Ω閿曗偓閳绘洜鈧娲忛崹濂杆囧畷鍥╃<闁稿本姘ㄦ牎闂侀潧鐗炵紞浣哥暦濮椻偓閸┾剝鎷呴幓鎺嶅闂佸壊鐓堥崑鍛村矗韫囨柧绻嗘い鏍ㄧ矊鐢泛霉濠婂牏鐣洪柟顔筋殔椤繈鎮欓鈧锟�

核心提示:文件访问原语POSIX API 最重要的一个抽象概念就是文件,尽管几乎所有的操作系统都将文件用于永久性存储器,文件和设备编程,但所有 Unix 版本通过文件抽象概念提供对大多数系统资源的访问,更具体地说,关于作者Erik Troan 是 Red Hat Software 的开发者,linux application D
文件访问原语
POSIX API 最重要的一个抽象概念就是文件。尽管几乎所有的操作系统都将文件用于永久性存储器,但所有 Unix 版本通过文件抽象概念提供对大多数系统资源的访问。
更具体地说,这意味着 linux 使用相同的一组系统调用来提供对设备(例如软盘和磁带设备)、网络资源(最常见的是 TCP/ip 连接)、系统终端,甚至内核状态信息的访问。感谢无所不在的系统调用,娴熟地使用与文件相关的调用对于每个 Linux 程序员来说都很重要。让我们仔细查看一下文件 API 背后的一些基本概念,并描述最重要的文件相关系统调用。
linux 提供许多不同种类的文件。最常见的类型就简称为常规文件,它存储大量用于以后访问的信息。您所使用的绝大部分文件 -- 例如可执行文件(如 /bin/vi)、数据文件(如 /etc/passwd)和系统二进制文件(如 /lib/libc.so.6)-- 都是常规文件。它们通常驻留在磁盘上的某处,但我们稍后会发现,并不一定都是这种情况。
另一种文件类型是目录,它包含了一个其它文件及其位置的列表。使用 ls 命令列出目录中的文件时,它打开该目录的文件,并打印出它所包含的所有文件的信息。
其它文件类型包括块设备(表示文件系统高速缓存的设备,例如硬盘驱动器)、字符设备(表示非高速缓存的设备,例如磁带驱动器、鼠标和系统终端)、管道和套接字(答应进程相互之间对话),以及符号链接(答应文件在目录层次结构中有多个名称)。
大多数文件都有一个或多个引用它们的符号名。这些符号名是一组由 / 字符定界的字符串,并向内核标识文件。它们是 linux 用户所熟悉的路径名;例如,路径名 /home/ewt/article 引用的是我手提电脑中包含这篇文章文本的文件。没有两个文件可以共享相同的名称(但单一文件可以有多个名称),因此路径名唯一地标识单一文件。
进程可以访问的每个文件都由一个小的非负整数标识,称为“文件描述符”。文件描述符由打开文件的系统调用创建,并由从当前进程创建的新子进程继续。就是说,当进程启动了一个新程序时,原始进程的打开文件通常是由新程序继续的。
按照约定,大多数程序保留前三个文件描述符(0、1 和 2)用于非凡目的 -- 访问所谓的标准输出、标准输出和标准错误流。文件描述符 0 是标准输入,这里许多程序都将从外部世界接收输入。文件描述符 1 是标准输出。大多数程序在这里显示正常的输出。对于与错误情况相关的输出,使用文件描述符 2(标准错误)。
任何习惯使用 linux shell 的人都曾看到过标准输入、输出和错误文件描述符的使用。通常,shell 运行命令时带文件描述符 0、1 和 2,都是指 shell 的终端。当使用 > 字符指示 shell 将一个程序的输出发送给另一个程序时,shell 在调用新程序之前打开该文件作为文件描述符 1。这将导致程序将它的输出发送给指定的文件而不是用户终端;其妙处是,对于程序本身,这是透明的!
与之类似,"<" 字符指示 shell 使用特定的文件作为文件描述符 0。这样就强迫程序从该文件中读取它的输入;这两种情况下,任何来自程序的错误仍将出现在终端上,如同它们在文件描述符 2 的情况下发送给标准错误一样。(在 "bash" shell 中,可以使用 2> 而不是 > 将标准错误重定向)。这种类型的文件重定向是 linux 命令行最强大的特性之一。
使用任何与文件相关的系统调用之前,程序应该包括 <fcntl.h> 和 <unistd.h>;它们为最普遍的文件例程提供了函数原型和常数。在下面的示例代码中,我们假设每个程序开始处都有
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
首先,让我们了解如何读写文件。凭直觉就可以知道,read() 和 write() 系统调用是执行这些操作的最常用方法。这两种系统调用将有三个自变量:要访问的文件描述符、指向要读写的信息的指针以及应该读写的字符数。返回成功读写的字符数。清单 1 说明了一个简单的程序,它从标准输入(文件描述符 0)中读取一行,并将它写入标准输出(文件描述符 1):
清单 1:
void main(void) {
char buf[100];
int num;
num = read(0, buf, sizeof(buf));
write(1, "I got: ", 7); /* Length of "I got: " is 7! */
write(1, buf, num);
}
关于这个处理有两个值得注重的问题。首先,我们要求 read() 返回 100 个字符,但假如我们运行这个程序,只有在用户按下了 "enter" 键以后才能获得输入。许多文件操作都根据最佳效果工作:它们尝试返回程序要求的所有信息,但只有部分能够成功。缺省情况下,终端配置成一旦存在 "
" 或新行符(通过按 "enter" 键产生)时,就从 read() 调用返回。这实际上非常方便,因为大多数用户都希望程序无论如何都是面向行的。但常规数据文件并非如此,假如依靠它就可能产生不可预料的结果。
另一个要注重的问题是我们不必在显示输出后写一个
。read() 调用给了我们来自用户的
,只将那个
通过 write() 写回标准输出。假如您希望在没有新行符的情况下看到发生的事件,尝试将最后一行改为
write(1, buf, num - 1);
有关这个简单示例的最后一点:buf 绝对不包含实际的 C 字符串。C 字符串由标记字符串结束的单一 字符终止。因为 read() 不将 添加到缓冲区的结尾,在 read() 上使用 strlen()(或任何其它 C 字符串函数)将可能铸成大错!这种行为可以让 read() 和 write() 对包括 字符的数据处理,而这对于一般字符串函数来说是不可能的。
read() 和 write() 系统调用可以对绝大多数文件起作用。但它们不对目录起作用,目录应该通过非凡函数(例如 readdir())来访问。另外,read() 和 write() 对于某些类型的套接字也不起作用。
某些文件,例如常规文件和块设备文件,使用文件指针的概念。它指定在文件中,下一个 read() 调用从哪里读取,下一个 write() 调用从哪里写入。read() 或 write() 后,文件指针随着已处理的字符数(在内部,通过内核)增加。这样,使用单一循环就可以方便地读取文件中的所有数据。清单 2 就是示例:
清单 2:
char buffer[1024];
while ((num = read(0, buffer, 1024))) {
PRintf("got some data
");
}
这个循环将读取标准输入上的所有数据,自动在每次读取后增加内核的内部文件指针。当文件指针处于文件结尾时,read() 将返回 0 并退出循环。某些文件(例如字符设备 -- 终端就是很好的一例)本身没有文件指针,所以对于这一点,该程序将继续运行,直到用户提供文件结束标记(通过按 "Ctrl-D")为止。
到现在为止,我们已经知道如何读写文件了,下一步要学习如何打开一个新文件。打开不同类型的文件有不同方法;我们将在这里讨论的方法是通过路径名打开在文件系统中表示的文件;包括常规文件、目录、设备文件和指定的管道。某些套接字文件有路径名,那些必须通过替代方法打开。
撇开放弃权利的,open() 系统调用可以让程序访问大多数系统文件。open() 是个不平常的系统调用,因为它获取两个或者三个自变量:
int open(const char *
pathname,
int flags);
或者,
int open(const char *
pathname,
int flags,
int perm);
第一种形式更普遍一些;它打开一个已存在的文件。第二种格式应该在需要创建文件时使用。第三个自变量指定应该给予新文件的访问权限。
open() 的第一个参数是以正常 C 字符串表示的全路径名(即以 终止)。第二个参数指定文件应该如何打开,并包括逻辑“与”操作的一个或多个以下标志:
O_RDONLY:文件可以只读
O_RDWR:文件可以读写
O_APPEND:文件可以读或附加
O_CREAT:假如文件还不存在则应该创建
O_EXCL:假如文件已存在,失败而不是创建它(只应该使用 O_CREAT)
O_TRUNC:假如文件已存在,从中除去所有数据(与创建新文件类似)
open() 的第三个参数只在使用 O_CREAT 时需要;它指定了以数字表示的文件许可权(格式与 chown 命令的数值许可权自变量的格式相同。为 open() 指定的许可权受用户的 umask 影响,后者答应用户指定一系列新文件应该获得的缺省许可权。大多数创建文件的程序都使用第三个自变量 0666 调用 open(),可以让用户通过 umask 来控制程序的缺省许可权。(大多数 shell 的 umask 命令都可以更改它。)
例如,清单 3 显示了如何为进行读写打开文件、假如它不存在则创建,以及废弃其中的数据:
清单 3:
int fd;
fd = open("myfile", O_RDWR O_CREAT O_TRUNC, 0666)
if (fd < 0) {
/* Some error occurred */
/* ... */
}
open() 返回引用文件的文件描述符。回忆一下,文件描述符总是 >= 0。假如 open() 返回了一个负值,就表示发生了错误,全局变量错误号包含了描述问题的 Unix 错误代码。open() 总尽量返回最小数,假如没有使用文件描述符 0,open() 将总返回 0。
进程带文件结束时,它应该通过 close() 系统调用关闭它,该系统调用的格式为:
int close(int fd);
close 的文件描述符是传递给 close() 的唯一自变量,在成功情况下返回 0。尽管 close() 失败的情况比较少见,但假如文件描述符引用的是远程服务器上的文件,系统无法正确清空它的高速缓存,close() 就可能真的失败。进程终止时,内核自动关闭所有还在打开的文件。
最后的一个常见文件操作是移动文件指针。这(自然)只对带文件指针的文件有意义,假如尝试在不恰当的文件上尝试该操作就会返回错误。lseek() 系统调用用于以下目的:
off_t lseek(int fd, off_t pos, int whence);
off_t 类型是表达 longint (long 就是 lseek 中 "l" 的来历)的一种别致方法。lseek() 返回相对于文件开始处文件指针的最终位置,假如有错误,则返回 -1。这个系统调用希望被移动的文件指针所属的文件描述符作为第一个自变量,将它移动到文件中的位置作为第二个自变量。最后一个自变量描述文件指针的移动方式。
SEEK_SET 将它移动到从文件开始算起的 pos 字节。
SEEK_END 将它移动到从文件结尾算起的 pos 字节。
SEEK_CUR 从它当前位置开始向文件结尾移动 pos 字节。
open()、close()、write()、read() 和 lseek() 的组合为 linux 提供了基本的文件访问 API。虽然还有许多其它操纵文件的函数,但这里描述的是最常用的。
大多数程序员都使用熟悉的 ANSI C 库文件函数,例如 fopen() 和 fread(),而不是在此描述的低级系统调用。可以预见到,fopen() 和 fread() 是在用户级别库中这些系统调用的基础上实现的。仍然会经常看到低级系统调用的使用,非凡是在更复杂的程序中。通过熟悉这些例程和接口,您就可以成为一个真正的 Unix 黑客了。
关于作者
Erik Troan 是 Red Hat Software 的开发者,linux application Development 一书的作者之一。可以通过 ewt@redhat.com 与他联系。
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