Linux 文件I/0

发布时间：2020-06-09 20:24:09 阅读：362 作者：昵称真难改栏目：系统运维

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经过×××年的工作，经常使用的一些I/O（很重要，因为Linu一切皆文件）函数，以后用到可以查看下。这段时间不是很忙，仅仅为了做个笔记整理一下。

文件I/O和标准I/O库有的区别：1）文件I/O是系统调用，标准I/O库是封装了系统调用的函数库；2）文件I/O操作的是文件描述符（内核返回，是一个非负整数，其中0,1,2代表标准输入，标准输出，标准错误），标准I/O操作的是流即就是FILE对象；因此可见标准I/O的移植行更好。说到系统调用，再来说一下，系统调用就是一个中断值为0x80内核实现的一个中断。这一篇主要记录一下对应文件I/O的一些系统调用。

1、打开文件

int open(const char *pathname, int flag,/*mode_t mode*/)/*成功返回文件描述符*/

pathname：要打开或创建文件的名字，系统规定了一个最大长度；

flag：O_RDONLY 只读打开。O_WRONLY 只写打开。O_RDWR 读写打开。

O_APPEND 每次写时追加到文件尾部。

O_CREAT 若无文件，则创建它。

O_EXEL 如果同时指定了O_CREAT，文件已经存在，则会出错。

O_TRUNC 文件存在，并为只读或只写打开，则将长短截取为0。

O_NOCTTY 如果是终端设备，则不将该设备分配作为此进程的控制终端。

O_NONBLOCK 将一个FIFO、一个块特殊文件或一个字符文件设置为非阻塞模式。

O_DSYNC、O_RSYNC、O_SYNC三个不是很理解，以后用到再深入理解。

mode：可又可无，意思就是设置用户权限，组权限，其他用户权限，例如：777：全权限读、写、可执行。

2、creat创建文件

int creat( const char *pathname, mode_t mode);/*成功返回文件描述符*/

参数说明通open函数；

此函数等价于：open( pathname,O_WRONLY| O_CREAT|O_TRUNC,mode);

3、close关闭一个打开文件

int close(int filedes);

关闭一个文件还会释放加在此文件上的记录锁；当一个进程终止后，自动关闭文件，所以不用显示的调用close去关闭此文件。

4、设置当前文件偏移量lseek函数

off_t lseek(int filedes, off_t offset ,int whence);/*成功返回新的文件偏移量*/

参数offset和whence有关，解释如下：

SEEK_SET：将文件的偏移量设置距文件开始处offset个字节。

SEEK_CUR：将文件的偏移量设置当前值加上offset，offset可正或负。

SEEK_END：将文件的偏移量设置为文件长度加offset，offset可正可负。

*可以用lseek(fd,0,SEEK_CUR)，如果返回值为-1说明没有设置偏移量，否则设置了偏移量。

5、从文件中读数据read函数

ssize_t read(int filedes,void *buf,size_t nbytes);/*成功返回读的字节数，如已经到文件结尾返回0，出错返回-1*/

6、给打开的文件写数据write

ssize_t write(int filedes,const void *buf,size_t nbytes);/*成功返回写的字节数，失败返回-1*/

如果open的时候指定了O_APPEND参数，则每次写之前，将文件偏移量设置到结尾处。在一次成功后，便宜量增加实际写的字节数。

7、原子操作函数pread和pwrite函数

其实用open函数中的O_APPEND参数就可以实现原子操作，每次write都是在文件尾部。

ssize_t pread(int fd,void *buf,size_t count,off_t offset);

ssize_t pwrite(int fd,const void *buf,size_t count,off_t offset);

相当于顺序调用lseek和read或write

8、复制一个现有的文件描述符dup和dup2

int dup(int filedes);

int dup2(int filedes,int filedes2 );

dup返回当前可用的最小文件描述符的值：dup(1)返回3，3共享1

dup2如果两个参数相等返回filedes2，否则，filedes共享filedes2并关闭filedes2。

举一个前段时间开发串口进zebra命令行的例子：

int config_console_para(int iConsoleFd);/*modified by zhaoxiaohu*/
/*added by zhaoxiaohu for console to vty*/
struct vty *vty_console_create( char *dev )
{
    int fd;
    int iRet;
    struct vty *vty;
    fd = open( dev, O_RDWR, 0644 );
    if( fd < 0 )
    {
       printf( "error: open console %s error.\r\n", dev );
       return NULL;
    }
    iRet = config_console_para(fd);
    if(0 != iRet)
    {
        printf("console para set error.\r\n");
    }
    vty = vty_get_new();

    if( vty == NULL ) return NULL;
    vty->fd = fd;
    vty->type = VTY_CONSOLE;
    strcpy( vty->address, "Console" );
    vty->node = LOGIN_NODE;
    vty->fail = 0;
    vty_clear_buf( vty );
    vty->status = VTY_NORMAL;
    vty_hello( vty );
    vty_prompt( vty );
    buffer_flush_all( vty->obuf, vty->fd );
    /* Add read/write thead */
    vty_event( VTY_WRITE, vty );
    vty_event( VTY_READ, vty );
    return vty;
}
/*b-console config added by zhaoxiaohu,2018-12-19*/
/*配置串口参数*/
int config_console_para(int iConsoleFd)
{
    struct termios tConsolePara;

    if (iConsoleFd < 3 )
    {
        printf("fd is error.\r\n");
        return -1;
    }
    
    if(tcgetattr(iConsoleFd,&tConsolePara) != 0)
    {
        printf("get console para error.\r\n");
        return -1;
    }
    tConsolePara.c_lflag &= ~ (ICANON | ECHO | ECHOE | ISIG);
    tConsolePara.c_cc[VERASE] = 1;
    if(tcsetattr(iConsoleFd,TCSANOW,&tConsolePara) != 0)
    {
        printf("config console para error.\r\n");
        return -1;
    }
    if( cfsetispeed(&tConsolePara,B115200) != 0 )/*设置为115200Bps*/
    {
        printf("config console para error.\r\n");
        return -1;
    }
    if( cfsetospeed(&tConsolePara,B115200) != 0 )/*设置为115200Bps*/
    {
        printf("config console para error.\r\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}
/*e-console config added by zhaoxiaohu,2018-12-19*/

/*b-added by zhaoxiaohu for console to connect vty shell*/
void console_connect_vty(void )
{
    struct vty *vty;
    int iConsoleFd, iRet;
    vty = vty_console_create("/dev/console");   
    g_pVty = vty;
    g_iConsoleFd = vty->fd;
    iConsoleFd = vty->fd;
    dup2(iConsoleFd,0);/*close 0,1,2,共享到串口*/
    dup2(iConsoleFd,1);/**/
    dup2(iConsoleFd,2);/**/
    setvbuf(stdout,NULL,_IONBF,0);/*set stdout no buffer,printf to console .added by zhaoxiaohu-2019.4.10*/
    struct timeval time_now;
    struct timeval *time_wait;
    while(1)
    {
        #if 1
        time_now.tv_sec = vty->v_timeout;
        time_now.tv_usec = 0;

        if( time_now.tv_sec > 0 )
            time_wait = &time_now;
        else
            time_wait = NULL;
        
        iRet = select( iConsoleFd + 1, &vty->read_set, &vty->write_set, NULL, time_wait );

        if( iRet <= 0 )
        {
            /* error: close vty */
            if( iRet < 0 ) break;

            /* rc == 0, timeout ! console timeout */
            if( vty->type == VTY_CONSOLE )
            {
                vty_timeout( vty );
                continue;
            }
            else
            {
                vty_timeout( vty );
                break;
            }
        }
        #endif
        if( FD_ISSET( iConsoleFd, &vty->read_set ) )
            vty_read( vty );

        if( FD_ISSET( iConsoleFd, &vty->write_set ) )
            vty_flush( vty );

        /* console can't close */
        if( vty->type == VTY_CONSOLE ) continue;

        if( vty->status == VTY_CLOSE ) break;
    }
    return;
}
/*e-added by zhaoxiaohu for console to connect vty shell*/

9、改变打开文件的性质函数fcntl

int fcntl(int filedes,int cmd,/*int arg*/,/*flock记录锁*/)

函数有五种功能通过设置cmd：

1）复制一个现存的描述符（F_DUPFD）；

dup(filed);/*等效于*/
fcntl(filed,F_DUPFD,0);
dup2(filed,filed2); /*等效于*/
close(filed2);
fcntl(filed,F_DUPFD,filed2);
/*dup2 和close+fcntl区别是：前者是原子操作，后者不是*/

2）获取或设置文件描述符标记（F_GETFD或F_SETFD）；

3）获取或设置文件描述符标志（F_GETFL或F_SETFL），可以改变的几个标志：O_APPEND、O_NONBLOCK、O_SYNC、O_DSYNC、O_RSYNC、O_FSYNC、O_ASYNC；

4）获取或设置文件异步I/O所有权（F_GETOWN或F_SETOWN），获取或设置接收SIGIO、SIGURG信号的进程ID或进程组ID；

5）获取或设置记录锁（F_GETLK、F_SETLK或F_SETLKW）,通过结构体flock。

10、I/0操作的杂货铺ioctl函数

不能用上面函数操作的文件都可以用ioctl操作

int ioctl(int filedes,int request ,/*void *arg*/)

功能很多，大致分为：1）套接口2）文件操作3）接口操作4）arp高速缓存操作5）路由表操作6）流系统。

举一个前段时间工作中用开发静态路由，查询arp缓存表的例子：

/*b-added by zhaoxiaohu to serch ip at arp cache*/
/*定义结构体*/
typedef struct tArpTable{
       struct tArpTable *pNext;
       unsigned char data[0];
}*ptVlanIpDev;

ptVlanIpDev g_ptVlanIpDevTable = NULL;
/*显示交换芯片添加的虚接口，vlan ip*/
void vlanIpDevTableDisplayAll()
{
    ptVlanIpDev pTemp = g_ptVlanIpDevTable;
    while(pTemp)
    {
        printf("%s\r\n",pTemp->data);
        pTemp = pTemp->pNext;
    }
        
}
/*清除虚接口表*/
void arpTableClear()
{
    ptVlanIpDev pTemp = NULL;
    while(g_ptVlanIpDevTable)
    {
        pTemp = g_ptVlanIpDevTable;
        g_ptVlanIpDevTable = pTemp->pNext;
        free(pTemp);
        pTemp = NULL;  
    }
}
/*获取虚接口*/
int get_vlan_ip_dev()
{
       unsigned char ucBuf[256] = {0};
       FILE *fp;
       fp = popen("find /sys/class/net/ -name sw.*", "r");
       if( NULL == fp )
       {
           return -1;
       }
       arpTableClear();
       while( fgets( ucBuf, sizeof(ucBuf), fp ) )
       {
            
            ptVlanIpDev pTemp = NULL;
            if( NULL == (pTemp = (ptVlanIpDev)calloc(1,sizeof(struct tArpTable) + sizeof(ucBuf) )) )
                continue;
            memcpy( pTemp->data,ucBuf,strlen(ucBuf) );
            pTemp->pNext = g_ptVlanIpDevTable;
            g_ptVlanIpDevTable = pTemp;
            memset( ucBuf,0,sizeof(ucBuf) );
       }
       pclose(fp);
       return OK;
}
int ipnet_arp_for_cache(  )
{
    
    int sfd,ret;
    unsigned char *ucMac;
    unsigned char ucIpAddrStr[32] = {0};
    struct arpreq arp_req;
    struct sockaddr_in *sin;
    get_vlan_ip_dev();
    ptVlanIpDev pTemp = g_ptVlanIpDevTable;
    ip2Str( g_ArpFindIpAddr, ucIpAddrStr );/*要查询的ip*/
    while(pTemp) /*遍历所有的虚接口*/
    {
        sin = ( struct sockaddr_in * )&( arp_req.arp_pa );
        memset( &arp_req, 0, sizeof(arp_req) );
        sin->sin_family = AF_INET;
        inet_pton( AF_INET, ucIpAddrStr, &(sin->sin_addr) );
        
        strncpy( arp_req.arp_dev, pTemp->data+15,strlen(pTemp->data+15)-1 );
        sfd = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );

        ret = ioctl( sfd, SIOCGARP, &arp_req );
        if (ret < 0) {
            goto nextNode;
        }
        if ( arp_req.arp_flags & ATF_COM ) /*找到ip对应的mac地址*/
        {
            
            ucMac = (unsigned char *)arp_req.arp_ha.sa_data;
    //        printf("MAC: %02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",
      //              ucMac[0], ucMac[1], ucMac[2], ucMac[3], ucMac[4], ucMac[5]);
            memcpy( gArpFindMac, ucMac, 6 );
        } 
        else 
        {
   //         printf("MAC: Not in the ARP cache.\n");
        }
        nextNode:
        pTemp = pTemp->pNext;
    }
    
    return OK;
}


/*e-added by zhaoxiaohu to serch ip at arp cache*/

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