1、lseek不帶緩存的文件I/O操作本節主要介紹不帶緩存的文件I/O操作，主要用到5個函數：open、read、write、和close。這里的不帶緩存是指每一個函數都只調用系統中的一個函數。這些函數雖然不是ANSIC的組成部分，但是是POSIX的組成部分。631open和close（1）open和close函數說明open函數是用于打開或創建文件，在打開或創建文件時可以指定文件的屬性及用戶的權限等各種參數。close函數是用于關閉一個打開文件。當一個進程終止時，它所有已打開的文件都由內核自動關閉，很多程序都使用這一功能而不顯示地關閉一個文件。（2）open和close函數格式open函數的語法

2、格式如表6.1所示。表6.1open函數語法要點所需頭文件#include/提供類型pid_t的定義#include#include續表函數原型intopen（constchar*pathname，flags，intperms）pathname被打開的文件名（可包括路徑名）O_RDONLY：只讀方式打開文件O_WRONLY：可寫方式打開文件O_RDWR：讀寫方式打開文件O_CREAT：如果該文件不存在，就創建一個新的文件，并用第三個參數為其設置權限O_EXCL：如果使用O_CREAT時文件存在，則可返回錯誤消息。這一參數可測試文件是否存在O_NOCTTY：使用本參數時，如文件為終端，那么終端不

3、可以作為調用open（）系統調用的那個進程的控制終端O_TRUNC：如文件已經存在，并且以只讀或只寫成功打開，那么會先全部刪除文件中原有數據flag：文件打開的方式O+APPEND：以添加方式打開文件，在打開文件的同時，文件指針指向文件的末尾函數傳入值perms被打開文件的存取權限，為8進制表示法函數返回值成功：返回文件描述符失敗：1在open函數中，flag參數可通過“|”組合構成，但前3個函數不能相互組合。perms是文件的存取權限，采用8進制表示法，相關內容讀者可參見第2章。close函數的語法格式如下表6.2所示。表6.2close函數語法要點嵌入式Linux應用程序開發詳解第6章、文

4、件IO編程所需頭文件#include函數原型intclose(intfd)函數輸入值fd：文件描述符函數返回值0：成功1：出錯open和close函數使用實例下面實例中的open函數帶有3個flag參數：O_CREAT、O_TRUNC和O_WRONLY，這樣就可以對不同的情況指定相應的處理方法。另外，這里對該文件的權限設置為0600。其丿、源碼如下所示：/*open.c*/#include#include#include#include#include#includeintmain(void)intfd;/*調用open函數，以可讀寫的方式打開，注意選項可以用“|”符號連接*/if(fd=op

5、en(/tmp/hello.c,O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY,0600)0)perror(open:);exit(1);elseprintf(Openfile:hello.c%dn,fd);if(close(fd)0)perror(close:);exit(1);elseprintf(C);exit(0);root(none)1#./openOpenfile:hello.c3Closehello.croot(none)tmp#ls-l|grephello.c-rw1rootroot0Dec400:59hello.c經過交叉編譯后，將文件下載到目標板，則該可執行文件運行后就能

6、在目錄/tmp下新建一個hello.c的文件，其權限為0600。注意open函數返回的文件描述符一定是最小的未用文件描述符。由于一個進程在啟動時自動打開了0、1、2三個文件描述符，因此，該文件運行結果中返回的文件描述符為3。讀者可以嘗試在調用open函數之前，加依據close(O)，則此后在open函數時返回的文件描述符為0(若關閉文件描述符1，則在執行時會由于沒有標準輸出文件而無法輸出)。632read、write和Iseekread、write和Iseek函數作用read函數是用于將指定的文件描述符中讀出數據。當從終端設備文件中讀出數據時，通常一次最多讀一行。write函數是用于向打開的文

7、件寫數據，寫操作從文件的當前位移量處開始。若磁盤已滿或超出該文件的長度，則write函數返回失敗。Iseek函數是用于在指定的文件描述符中將文件指針定位到相應的位置。read和write函數格式read函數的語法格式如下表6.3所示。表6.3read函數語法要點所需頭文件#incIude函數原型ssize_tread(intfd,void*buf,size_tcount)fd:文件描述符函數傳入值buf:指定存儲器讀出數據的緩沖區count:指定讀出的字節數函數返回值成功:讀到的字節數0:已到達文件尾1:出錯在讀普通文件時，若讀到要求的字節數之前已到達文件的尾部，則返回的字節數會小于希望讀出的

8、字節數。write函數的語法格式如下表6.4所示。表6.4write函數語法要點所需頭文件#incIude函數原型ssize_twrite(intfd,void*buf,size_tcount)嵌入式Linux應用程序開發詳解第6章、文件IO編程fd:文件描述符函數傳入值buf:指定存儲器寫入數據的緩沖區count:指定讀出的字節數函數返回值成功:已寫的字節數1：出錯在寫普通文件時，寫操作從文件的當前位移處開始。Iseek函數的語法格式如下表6.5所示。表6.5lseek函數語法要點所需頭文件#incIude#incIude函數原型off_tIseek（intfd,off_toffset,in

9、twhence）fd:文件描述符函數傳入值offset：偏移量，每一讀寫操作所需要移動的距離，單位是字節的數量，可正可負（向前移，向后移）續表SEEK_SET:當前位置為文件的開頭，新位置為偏移量的大小SEEK_CUR:當前位置為文件指針的位置，新位置為當前位置加上偏移量whence:當前位置的基點SEEK_END:當前位置為文件的結尾，新位置為文件的大小加上偏移量的大小函數返回值成功:文件的當前位移1:出錯（3）函數使用實例該示例程序首先打開上一節中創建的文件，然后對此文件進行讀寫操作（記得要將文件打開屬性改為可讀寫，將文件權限也做相應更改）。接著，寫入“HeIIo!Imwritingtot

10、hisfiIe!”，10此時文件指針位于文件尾部。接著在使用Iseek函數將文件指針移到文件開始處，并讀出個字節并將其打印出來。程序源代碼如下所示:/*write.c*/#incIude#incIude#incIude#incIude#incIude#incIude#incIude#defineMAXSIZEintmain(void)inti,fd,size,Ien;char*buf=HeIIo!ImwritingtothisfiIe!;charbuf_r10;len=strlen(buf);/*首先調用open函數，并指定相應的權限*/if(fd=open(/tmp/hello.c,O_CR

11、EAT|O_TRUNC|O_RDWR,0666)0)perror(open:);exit(1);elseprintf(openfile:hello.c%dn,fd);/*調用write函數，將buf中的內容寫入到打開的文件中*/if(size=write(fd,buf,len)0)perror(write:);exit(1);elseprintf(Write:%sn,buf);/*調用Isseek函數將文件指針移到文件起始，并讀出文件中的10個字節*/lseek(fd,0,SEEK_SET);if(size=read(fd,buf_r,10)0)perror(read:);exit(1);eI

12、seprintf(readformfiIe:%sn,buf_r);if(cIose(fd)0)perror(cIose:);exit(1);eIseprintf(CIoseheII);exit(0);root(none)1#./writeopenfiIe:heIIo.c3嵌入式Linux應用程序開發詳解第6章、文件IO編程Write:HeIIo!ImwritingtothisfiIe!readformfiIe:HeIIo!ImCIoseheIIo.croot(none)1#cat/tmp/heIIo.cHeIIo!ImwritingtothisfiIe!6.3.3fcntI（1）fcntI函數

13、說明前面的這5個基本函數實現了文件的打開、讀寫等基本操作，這一節將討論的是，在文件已經共享的情況下如何操作，也就是當多個用戶共同使用、操作一個文件的情況，這時，Linux通常采用的方法是給文件上鎖，來避免共享的資源產生競爭的狀態。文件鎖包括建議性鎖和強制性鎖。建議性鎖要求每個上鎖文件的進程都要檢查是否有鎖存在，并且尊重已有的鎖。在一般情況下，內核和系統都不使用建議性鎖。強制性鎖是由內核執行的鎖，當一個文件被上鎖進行寫入操作的時候，內核將阻止其他任何文件對其進行讀寫操作。采用強制性鎖對性能的影響很大，每次讀寫操作都必須檢查是否有鎖存在。在Linux中，實現文件上鎖的函數有lock和fcntl，其

14、中flock用于對文件施加建議性鎖，而fcntl不僅可以施加建議性鎖，還可以施加強制鎖。同時，fcntl還能對文件的某一記錄進行上鎖，也就是記錄鎖。記錄鎖又可分為讀取鎖和寫入鎖，其中讀取鎖又稱為共享鎖，它能夠使多個進程都能在文件的同一部分建立讀取鎖。而寫入鎖又稱為排斥鎖，在任何時刻只能有一個進程在文件的某個部分上建立寫入鎖。當然，在文件的同一部分不能同時建立讀取鎖和寫入鎖。注意fcntl是一個非常通用的函數，它還可以改變文件進程各方面的屬性，在本節中，主要介紹它建立記錄鎖的方法，關于它其他用戶感興趣的讀者可以參看fcntl手冊。（2）fcntl函數格式用于建立記錄鎖的fcntl函數格式如表6.

15、6所示。表6.6fcntl函數語法要點所需頭文件#include#include#include函數原型intfcnt1（intfd,intcmd,structflock*lock）fd:文件描述符F_DUPFD：復制文件描述符F_GETFD:獲得fd的close-on-exec標志，若標志未設置，則文件經過exec函數之后仍保持打開狀態F_SETFD:設置close-on-exec標志，該標志以參數arg的FD_CLOEXEC位決定F_GETFL:得到open設置的標志函數傳入值cmdF_SETFL:改變open設置的標志F_GETFK:根據lock描述，決定是否上文件鎖F_SETFK:設置

16、lock描述的文件鎖F_SETLKW:這是F_SETLK的阻塞版本（命令名中的W表示等待（wait）如果存在其他鎖，則調用進程睡眠；如果捕捉到信號則睡眠中斷F_GETOWN:檢索將收到SIGIO和SIGURG信號的進程號或進程組號F_SETOWN:設置進程號或進程組號Lock:結構為flock，設置記錄鎖的具體狀態，后面會詳細說明函數返回值成功：01：出錯這里，lock的結構如下所示：Structflockshortl_type;off_tl_start;shortl_whence;off_tl_len;pid_tl_pid;lock結構中每個變量的取值含義如表6.7所示。表6.7lock結構

17、變量取值F_RDLCK：讀取鎖（共享鎖）l_typeF_WRLCK：寫入鎖（排斥鎖）F_UNLCK：解鎖l_stat相對位移量（字節）SEEK_SET：當前位置為文件的開頭，新位置為偏移量的大小SEEK_CUR：當前位置為文件指針的位置，新位置為當前位置加上偏移量l_whence：相對位移量的起點（同lseek的whence）。SEEK_END：當前位置為文件的結尾，新位置為文件的大小加上偏移量的大小l_len加鎖區域的長度小技巧為加鎖整個文件，通常的方法是將l_start說明為0，l_whence說明為SEEK_SET，l_len說明為0。（3）fcntl使用實例下面首先給出了使用fcntl

18、函數的文件記錄鎖函數。在該函數中，首先給flock結構體的對應位賦予相應的值。接著使用兩次fcntl函數分別用于給相關文件上鎖和判斷文件是否可以上鎖，這里用到的cmd值分別為F_SETLK和F_GETLK。這個函數的源代碼如下所示：嵌入式Linux應用程序開發詳解第6章、文件IO編程/*lock_set函數*/voidlock_set（intfd,inttype）structflocklock;lock.l_whence=SEEK_SET;賦值lock結構體lock.l_start=0;lock.l_len=0;while（1）lock.l_type=type;/*根據不同的type值給文件上

19、鎖或解鎖*/if(fcntl(fd,F_SETLK,&lock)=0)if(lock.l_type=F_RDLCK)printf(readlocksetby%dn,getpid();elseif(lock.l_type=F_WRLCK)printf(writelocksetby%dn,getpid();elseif(lock.l_type=F_UNLCK)printf(releaselockby%dn,getpid();return;/*判斷文件是否可以上鎖*/fcntl(fd,F_GETLK,&lock);/*判斷文件不能上鎖的原因*/if(lock.l_type!=F_UNLCK)/*/該

20、文件已有寫入鎖*/if(lock.l_type=F_RDLCK)printf(readlockalreadysetby%dn,lock.l_pid);/*該文件已有讀取鎖*/elseif(lock.l_type=F_WRLCK)printf(writelockalreadysetby%dn,lock.l_pid);getchar();hello文件，之后對其上寫入鎖，下面的實例是測試文件的寫入鎖，這里首先創建了一個最后釋放寫入鎖。代碼如下所示：/*fcntl_write.c測試文件寫入鎖主函數部分*/#include#include#include#include#include#includ

21、eintmain(void)intfd;/*首先打開文件*/fd=open(hello,O_RDWR|O_CREAT,0666);if(fd0)perror(open);exit(1);/*給文件上寫入鎖*/lock_set(fd,F_WRLCK);getchar();/*給文件接鎖*/lock_set(fd,F_UNLCK);getchar();close(fd);exit(0);為了能夠使用多個終端，更好地顯示寫入鎖的作用，本實例主要在PC機上測試，讀者可將其交叉編譯，下載到目標板上運行。下面是在PC機上的運行結果。為了使程序有較大的靈活性，筆者采用文件上鎖后由用戶鍵入一任意鍵使程序繼續運

22、行。建議讀者開啟兩個終端，并且在兩個終端上同時運行該程序，以達到多個進程操作一個文件的效果。在這里，筆者首先運行終端一，請讀者注意終端二中的第一句。終端一：rootlocalhostfile#./fcntl_writewritelocksetby4994releaselockby4994終端二：rootlocalhostfile#./fcntl_writewritelockalreadysetby4994嵌入式Linux應用程序開發詳解第6章、文件IO編程writelocksetby4997releaselockby4997由此可見，寫入鎖為互斥鎖，一個時刻只能有一個寫入鎖存在。接下來的程序是

23、測試文件的讀取鎖，原理同上面的程序一樣。/*fcntl_read.c測試文件讀取鎖主函數部分*/#include#include#include#include#include#includeintmain(void)intfd;fd=open(hello,O_RDWR|O_CREAT,0666);if(fd0)perror(open);exit(1);/*給文件上讀取鎖*/lock_set(fd,F_RDLCK);getchar();/*給文件接鎖*/lock_set(fd,F_UNLCK);getchar();close(fd);exit(0);同樣開啟兩個終端，并首先啟動終端一上的程序，

24、其運行結果如下所示：終端一：rootlocalhostfile#./fcntl2readlocksetby5009releaselockby5009終端二：rootlocalhostfile#./fcntl2readlocksetby5010releaselockby5010讀者可以將此結果與寫入鎖的運行結果相比較，可以看出，讀取鎖為共享鎖，當進程5009已設定讀取鎖后，進程5010還可以設置讀取鎖。思考如果在一個終端上運行設置讀取鎖，則在另一個終端上運行設置寫入鎖，會有什么結果呢？6.3.4selectselect函數說明前面的fcntl函數解決了文件的共享問題，接下來該處理I/O復用的情況

25、了。總的來說，I/O處理的模型有5種。阻塞I/O模型：在這種模型下，若所調用的I/O函數沒有完成相關的功能就會使進程掛起，直到相關數據到才會出錯返回。如常見對管道設備、終端設備和網絡設備進行讀寫時經常會出現這種情況。非阻塞模型：在這種模型下，當請求的I/O操作不能完成時，則不讓進程睡眠，而且返回一個錯誤。非阻塞I/O使用戶可以調用不會永遠阻塞的I/O操作，如open、write和read。如果該操作不能完成，則會立即出錯返回，且表示該I/O如果該操作繼續執行就會阻塞。I/O多路轉接模型：在這種模型下，如果請求的I/O操作阻塞，且它不是真正阻塞I/O,而是讓其中的一個函數等待，在這期間，I/O還

26、能進行其他操作。如本節要介紹的select函數和poll函數,就是屬于這種模型。信號驅動I/O模型：在這種模型下,通過安裝一個信號處理程序,系統可以自動捕獲特定信號的到來,從而啟動I/O。這是由內核通知用戶何時可以啟動一個I/O操作決定的。異步I/O模型：在這種模型下,當一個描述符已準備好,可以啟動I/O時,進程會通知內核。現在，并不是所有的系統都支持這種模型。可以看到，select的I/O多路轉接模型是處理I/O復用的一個高效的方法。它可以具體設置每一個所關心的文件描述符的條件、希望等待的時間等，從select函數返回時，內核會通知用戶已準備好的文件描述符的數量、已準備好的條件等。通過使用s

27、elect返回值，就可以調用相應的I/O處理函數了。select函數格式Select函數的語法格式如表6.8所示。表6.8fcntl函數語法要點所需頭文件#include#include嵌入式Linux應用程序開發詳解第6章、文件IO編程#include函數原型intselect(intnumfds,fd_set*readfds,fd_set*writefds，fd_set*exeptfds,structtimeval*timeout)numfds：需要檢查的號碼最高的文件描述符加1readfds:由select()監視的讀文件描述符集合writefds:由select()監視的寫文件描述符集

28、合exeptfds:由select()監視的異常處理文件描述符集合NULL:永遠等待，直到捕捉到信號或文件描述符已準備好為止具體值:structtimeval類型的指針，若等待為timeout時間還沒有文件描符準備好，就立即返回函數傳入值timeout0:從不等待，測試所有指定的描述符并立即返回函數返回值成功:準備好的文件描述符1:出錯思考請讀者考慮一下如何確定最高的文件描述符？可以看到，select函數根據希望進行的文件操作對文件描述符進行了分類處理，這里，對文件描述符的處理主要涉及到4個宏函數，如表6.9所示。表6.9select文件描述符處理函數FD_ZERO(fd_set*set)清除

29、一個文件描述符集FD_SET(intfd,fd_set*set)將一個文件描述符加入文件描述符集中FD_CLR(intfd,fd_set*set)將一個文件描述符從文件描述符集中清除FD_ISSET(intfd,fd_set*set)測試該集中的一個給定位是否有變化一般來說，在使用select函數之前，首先使用FD_ZERO和FD_SET來初始化文件描述符集，在使用了select函數時，可循環使用FD_ISSET測試描述符集，在執行完對相關后文件描述符后，使用FD_CLR來清楚描述符集。另外，select函數中的timeout是一個structtimeval類型的指針，該結構體如下所示：str

30、ucttimevallongtv_sec;/*second*/longtv_unsec;/*andmicroseconds*/可以看到，這個時間結構體的精確度可以設置到微秒級，這對于大多數的應用而言已經足夠了。使用實例由于Select函數多用于I/O操作可能會阻塞的情況下，而對于可能會有阻塞I/O的管道、網絡編程，本書到現在為止還沒有涉及。因此，本例主要表現了如何使用select函數，而其中的I/O操作是不會阻塞的。本實例中主要實現將文件hello1里的內容讀出，并將此內容每隔10s寫入hello2中去。在這里建立了兩個描述符集，其中一個描述符集inset1是用于讀取文件內容，另一個描述符集i

31、nset2是用于寫入文件的。兩個文件描述符fdsO和fds1分別指向這一文件描述符。在首先初始化完各文件描述符集之后，就開始了循環測試這兩個文件描述符是否可讀寫，由于在這里沒有阻塞，所以文件描述符處于準備就緒的狀態。這時，就分別對文件描述符fds0和fsd1進行讀寫操作。該程序的流程圖如圖6.2所示。/*select.c*/#include#include#include#include#includeintmain(void)intfds2;charbuf7;inti,rc,maxfd;fd_setinset1,inset2;structtimevaltv;/*首先按一定的權限打開hello1文件*/if(fds0=