Linux下的C编程实战之文件系统编程

1.Linux文件系统

　　Linux支持多种文件系统，如ext、ext2、minix、iso9660、msdos、fat、vfat、nfs等。在这些具体文件系统的上层，Linux提供了虚拟文件系统（VFS）来统一它们的行为，虚拟文件系统为不同的文件系统与内核的通信提供了一致的接口。下图给出了Linux中文件系统的关系：



　　在Linux平台下对文件编程可以使用两类函数：（1）Linux操作系统文件API；（2）C语言I/O库函数。 前者依赖于Linux系统调用，后者实际上与操作系统是独立的，因为在任何操作系统下，使用C语言I/O库函数操作文件的方法都是相同的。本章将对这两种方法进行实例讲解。

　　2.Linux文件API

　　Linux的文件操作API涉及到创建、打开、读写和关闭文件。

　　创建

int creat(const char *filename, mode_t mode);

　　参数mode指定新建文件的存取权限，它同umask一起决定文件的最终权限（mode&umask），其中umask代表了文件在创建时需要去掉的一些存取权限。umask可通过系统调用umask()来改变：

int umask(int newmask);

　　该调用将umask设置为newmask，然后返回旧的umask，它只影响读、写和执行权限。

　　打开

int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

　　open函数有两个形式，其中pathname是我们要打开的文件名(包含路径名称，缺省是认为在当前路径下面)，flags可以去下面的一个值或者是几个值的组合：

标志	含义
O_RDONLY	以只读的方式打开文件
O_WRONLY	以只写的方式打开文件
O_RDWR	以读写的方式打开文件
O_APPEND	以追加的方式打开文件
O_CREAT	创建一个文件
O_EXEC	如果使用了O_CREAT而且文件已经存在，就会发生一个错误
O_NOBLOCK	以非阻塞的方式打开一个文件
O_TRUNC	如果文件已经存在，则删除文件的内容

　　O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR三个标志只能使用任意的一个。

　　如果使用了O_CREATE标志，则使用的函数是int open(const char *pathname,int flags,mode_t mode); 这个时候我们还要指定mode标志，用来表示文件的访问权限。mode可以是以下情况的组合：

标志	含义
S_IRUSR	用户可以读
S_IWUSR	用户可以写
S_IXUSR	用户可以执行
S_IRWXU	用户可以读、写、执行
S_IRGRP	组可以读
S_IWGRP	组可以写
S_IXGRP	组可以执行
S_IRWXG	组可以读写执行
S_IROTH	其他人可以读
S_IWOTH	其他人可以写
S_IXOTH	其他人可以执行
S_IRWXO	其他人可以读、写、执行
S_ISUID	设置用户执行ID
S_ISGID	设置组的执行ID

　　除了可以通过上述宏进行“或”逻辑产生标志以外，我们也可以自己用数字来表示，Linux总共用5个数字来表示文件的各种权限：第一位表示设置用户ID；第二位表示设置组ID；第三位表示用户自己的权限位；第四位表示组的权限；最后一位表示其他人的权限。每个数字可以取1(执行权限)、2(写权限)、4(读权限)、0(无)或者是这些值的和。例如，要创建一个用户可读、可写、可执行，但是组没有权限，其他人可以读、可以执行的文件，并设置用户ID位。那么，我们应该使用的模式是1(设置用户ID)、0(不设置组ID)、7(1+2+4，读、写、执行)、0(没有权限)、5(1+4，读、执行)即10705：

open("test", O_CREAT, 10705);

　　上述语句等价于：

open("test", O_CREAT, S_IRWXU | S_IROTH | S_IXOTH | S_ISUID );

　　如果文件打开成功，open函数会返回一个文件描述符，以后对该文件的所有操作就可以通过对这个文件描述符进行操作来实现。

　　读写

　　在文件打开以后，我们才可对文件进行读写了，Linux中提供文件读写的系统调用是read、write函数：

int read(int fd, const void *buf, size_t length); int write(int fd, const void *buf, size_t length);

　　其中参数buf为指向缓冲区的指针，length为缓冲区的大小（以字节为单位）。函数read()实现从文件描述符fd所指定的文件中读取length个字节到buf所指向的缓冲区中，返回值为实际读取的字节数。函数write实现将把length个字节从buf指向的缓冲区中写到文件描述符fd所指向的文件中，返回值为实际写入的字节数。

　　以O_CREAT为标志的open实际上实现了文件创建的功能，因此，下面的函数等同creat()函数：

int open(pathname, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, mode);

　　定位

　　对于随机文件，我们可以随机的指定位置读写，使用如下函数进行定位：

int lseek(int fd, offset_t offset, int whence);

　　lseek()将文件读写指针相对whence移动offset个字节。操作成功时，返回文件指针相对于文件头的位置。参数whence可使用下述值：

　　SEEK_SET：相对文件开头
　　SEEK_CUR：相对文件读写指针的当前位置
　　SEEK_END：相对文件末尾

　　offset可取负值，例如下述调用可将文件指针相对当前位置向前移动5个字节：

lseek(fd, -5, SEEK_CUR);

　　由于lseek函数的返回值为文件指针相对于文件头的位置，因此下列调用的返回值就是文件的长度：

lseek(fd, 0, SEEK_END);

　　关闭

　　当我们操作完成以后，我们要关闭文件了，只要调用close就可以了，其中fd是我们要关闭的文件描述符：

int close(int fd);

　　例程：编写一个程序，在当前目录下创建用户可读写文件“hello.txt”，在其中写入“Hello, software weekly”，关闭该文件。再次打开该文件，读取其中的内容并输出在屏幕上。

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #define LENGTH 100 main() { 　int fd, len; 　char str[LENGTH]; 　fd = open("hello.txt", O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); /* 创建并打开文件 */ 　if (fd) 　{ 　　write(fd, "Hello, Software Weekly", strlen("Hello, software weekly")); /* 写入　Hello, software weekly字符串 */ 　　close(fd); 　} 　fd = open("hello.txt", O_RDWR); 　len = read(fd, str, LENGTH); /* 读取文件内容 */ 　str[len] = '\0'; 　printf("%s\n", str); 　close(fd); }