Linux操作文件的底层系统如何调用

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这篇文章主要介绍“Linux 操作文件的底层系统如何调用”，在日常操作中，相信很多人在 Linux 操作文件的底层系统如何调用问题上存在疑惑，丸趣 TV 小编查阅了各式资料，整理出简单好用的操作方法，希望对大家解答”Linux 操作文件的底层系统如何调用”的疑惑有所帮助！接下来，请跟着丸趣 TV 小编一起来学习吧！

linux 操作系统奉行一切皆文件的理念，所有文件设备几乎都可以用一套系统调用即 open()/close()/write()/read() 等来操作。系统调用和 C 库调用操作文件类似。Linux 自带的 man 手册是最权威的。通过查看 man 手册来查看系统调用用法。

代号 mdash; mdash; 代表的含义

1 mdash; mdash; 用户在 shell 环境下可操作 / 可执行的命令

2 mdash; mdash; 系统内核可调用的函数与工具

3 mdash; mdash; 一些常用的函数与函数库，大部分 C 的函数库

4 mdash; mdash; 设备文件的说明，通常是在 /dev 下的设备

5 mdash; mdash; 配置文件或某些文件的格式

6 mdash; mdash; 游戏

7 mdash; mdash; 管理与协议等，例如 Linux 文件系统、网络协议等

8 mdash; mdash; 系统管理员可用的命令

9 mdash; mdash; 与 Kernel 有关的文件

注意，系统的头文件在 Linux 中一般存放在 /usr/include 目录下；下面包含的一些头文件有的带了 sys，其实是 include 底下的子目录中的头文件

open（）mdash; mdash; 打开或者创建一个文件

返回值类型：int mdash; mdash; 文件描述符 fd，每打开一个文件，就会得到一个文件描述符，这个文件描述符是整形的，我们通过文件描述符进行读写操作。

失败：-1

成功：= 0，即文件描述符；

mode_t 是一个类型别名，实际上就是一个有符号的整数，对 open 函数而言，仅仅当创建新文件时才使用第三个参数

flag：打开标志

注意：这些其实都是定义的一些宏，当需要使用到多个参数时，使用按位或“|”构成多个 flag 参数

也可跟随下面的方式一起使用：

其他不一一介绍，需要使用时自查。

write（）

返回值：

若成功为已经写入的字节数；

若出错为 -1；

注意：计划写入的字节数和函数的返回值不相等时，表示写入出现了错误，可以用来检验写入是否成功；

参数：

fd：写入文件的文件描述符；

buf：存放待写数据的缓存；

count：要求写入一次数据的字节数；

注意：

对于普通文件，写操作从文件的当前位移量处开始，若如果在打开该文件时，指定了 O_APPEND 选择项，则在每次写操作之前，将文件位移量设置在文件的当前结尾处。在一次成功写之后，该文件位移量增加实际写的字节数。

read（）

返回值：读到的字节数

若已到文件尾为 0；若出错为 -1；

参数

fd：读取文件的文件描述符；

buf：存放读取数据的缓存；

count：要求读取一次数据的字节数；注意返回值是实际读到的字节数，二者并不相同；

注意：读操作从文件的当前位移量开始，在成功返回之前，该位移量增加实际读得的字节数（这个位移量是可以自己设置的）；

close（）

注意：当一个进程终止时，它所打开的文件都由内核自动关闭。

注：这些不带缓存的函数都是内核提供的系统调用；这正是和我们在 C 语言中学到的那些 IO 操作不同的地方，他们不是标准 C 的组成部分，但是 POSIX 的组成部分。

标准 C 对文件操作时都是通过对 FILE 的结构体指针进行操作的，而这里使用的是文件描述符。

文件描述符的范围是 0 mdash; mdash;OPEN MAX，早期的 Unix 采用的上限为 19（即允许每个进程打开 20 个文件），现在很多系统将即增加到 63，Linux 为 1024，具体多少可以在 unistd.h 的头文件中查找。

文件描述符与文件指针

FILE *fdopen(int fd,const char *mode)，将文件描述符转为文件指针；

int fileno(FILE *stream)，将文件指针转换为文件描述符；

lseek 函数

功能：定位一个已打开的文件

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

fd：已经打开的文件描述符；

offset：位移量；

whence：定位的位置，即基准点

SEEK_SET：将该文件的位移量设置为距文件开始处 offset 个字节；

SEEK_CUR：将该文件的位移量设置为其当前值加 offset，offset 可正可负；

SEEK_END：将该文件的位移量设置为文件长度加 offset，offset 可正可负（此时若为正值，就涉及到空洞文件了，请看下面的讲解）；

返回值：** 若成功则返回新的文件位移量（绝对位移量）** 若出错为 -1；定位到文件尾部时，可以返回文件的大小；

lseek 函数也可以用来确定所涉及的文件是否可以设置位移量，如果文件描述符所引用的是一个管道或者 FIFO，则 lseek 返回 -1，并将 errno 设置为 EPLPE；

空洞文件示例：

#include stdio.h 
#include fcntl.h 
#include string.h 
#include stdlib.h 
#include unistd.h 
#include errno.h 
// 生成空洞文件
char *buffer =  0123456789 
int main(int argc,char *argv[])
 if(argc   2)
 fprintf(stderr, -usage:%s [file]\n ,argv[0]);
 exit(1);
 int fd = open(argv[1],O_WRONLY | O_CREATE | O_TRUNC,0777);
 if(fd   0)
 perror( open error 
 exit(1);
 size_t size = strlen(buffer) * sizeof(char);
 // 将字符串写入到空洞文件中
 if(write(fd,buffer,size) != size)
 perror( write error 
 exit(1);
 // 定位到文件尾部的 10 个字节处
 if(lseek(fd,10L;SEERK_END)   0)
 perror( lseek error 
 exit(1);
 // 从文件尾部的 10 个字节处再写入字符串
 if(write(fd,buffer,size) != size)
 perror( write error 
 exit(1);
 close(fd)；return 0;
}

我们可以看到用 more 命令查看文件内容时，发现显示的内容只有一次写入的结果，用 od

- c 命令查看文件的 ASSCI 码，我们会发现在两次内容之间，有 10 个 \0，这就是空洞，用 vim 打开该文件内容也可以看到，有 10 个 ^@符。

注：每个文件都有一个与其相关联的“当前文件偏移量”，它是一个非负整数，用以度量从文件开始处计算的字节数。通常读写操作都以文件当前偏移量处开始，并使得偏移量增加所读或所写的字节数。按系统默认，当打开一个文件时，除非指定 O_APPEND 选择项，否则该文件位移量被设置为 0；

示例：

运行结果如下：

fd = 3 的原因是：

系统内部 PCB 存在一个文件表，以记录打开的文件，文件描述符其实就是文件表的下标

0 mdash; mdash;FILE* stdin，标准输入

1 mdash; mdash;FILE* stdout，标准输出

3 mdash; mdash;FILE* stderr，标准错误输出

本程序已经默认打开了三个文件，fd 排到第四个，所以编号为 3

接下来进行文件读取

运行结果如下：

应用：利用读写对文件进行复制

首先声明：我们不区分文本文件还是二进制文件

完成对一个图片的复制，我们可以使用以下的方案：

先打开原来的二进制文件

打开一个新的文件

从原来的二进制文件中读取一部分写入新文件

反复读写

直到读完，写完就停止【read() == 0 作为循环停止的条件，读不到就是读完了】

完成复制

复制完成

打开文件后，fork 的子进程能否共享和父进程共享访问同一个文件？

我们每次打开文件以后，会在内核中产生 struct file 这样一个结构体，以表示打开的文件，记录着以下信息：

文件偏移量（起始从 0 开始，文件指针随着写入数据进行偏移）

引用计数（几个进程正在使用这个打开的文件）

inode 节点（存放进程的属性信息：谁创建了，名字是什么，在磁盘哪里存储。通过这个 inode 节点，我们才能找到对应的这个具体的文件）

打开方式：比如只读方式，只写方式打开

测试 1：先打开文件再 fork

close（fd）写在最外侧，父子进程都会关闭，每关闭一次，引用计数减 1，直到为 0。

运行结果如下：

原因如下：

测试 2：先 fork 再打开文件

修改代码后，运行结果发生如下变化：

因为父子进程分离后，打开了各自的文件，产生了各自的 struct file，不再共享文件偏移量。

在实际的应用场景中，我们更多地使用父进程打开的文件，子进程去访问这种形式。

到此，关于“Linux 操作文件的底层系统如何调用”的学习就结束了，希望能够解决大家的疑惑。理论与实践的搭配能更好的帮助大家学习，快去试试吧！若想继续学习更多相关知识，请继续关注丸趣 TV 网站，丸趣 TV 小编会继续努力为大家带来更多实用的文章！

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