Linux 资料I/O编程
Linux 文件I/O编程
建议性锁要求每个上锁文件的进程都要检查是否有锁存在，并且尊重已有的锁,一般情况下，内核和系统都不使用建议性锁
强制性锁是由内核执行的锁，当一个文件被上锁进行写入操作的时候，内核将阻止其他任何文件对其进行读写操作
记录锁又可分为读取锁(共享锁)和写入锁（排斥锁）
函数原型 int fcnt1(int fd,int cmd,struct flock *lock)函数返回值成功：0 -1：出错
学习linux文件编程之前，首先先了解一点关于linux中文件的知识，这样好为以后学习做准备。
1.Linux 中的文件主要分为4 种：普通文件、目录文件、链接文件和设备文件。
2.不带缓存的文件I/O 操作:主要用到5 个函数：open、read、write、lseek和close。
接着我们就看看这几个函数是详细用法
3.open函数是用于打开或创建文件，在打开或创建文件时可以指定文件的属性及用户的权限等各种参数。
函数原型 int open(const char *pathname，flags，int perms) 函数返回值 成功：返回文件描述符 失败：-1下面是关于这个函数的应用举例
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
int main() {
//fd文件描述符= _CREAT（创建）|O_TRUNC（存在）|O_WRONLY（可读写的方式）
int fd;
if ((fd=open("/usr/wangjie/file/test.c", O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, 0600))<0) {
perror("open error!!!\n");
} else {
printf("open test.c success!!! fd= %d\n", fd);
}
if (close(fd)<0) {
perror("close error!!!\n");
exit(1);
} else
printf("close test.c success!!\n");
exit(0);
}
运行的结果如图
学会了打开文件，接着就是关闭一个文件的使用方法，在关闭一个文件时候我们会用到文件操作的几个函数，这样就可以对一个文件进行简单的读写操作，
4.read函数是用于将指定的文件描述符中读出数据。当从终端设备文件中读出数据时，通常一次最多读一行。
函数原型 ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count) 函数返回值 成功：读到的字节数 0：已到达文件尾 -1：出错5.write函数是用于向打开的文件写数据，写操作从文件的当前位移量处开始。若磁盘已满或超出该文件的长度，则write函数返回失败。
函数原型 ssize_t write(int fd,void *buf,size_t count)函数返回值成功：已写的字节数 -1：出错6.lseek函数是用于在指定的文件描述符中将文件指针定位到相应的位置。
函数原型 off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence) 函数返回值 成功：文件的当前位移 -1：出错7. close函数是用于关闭一个打开文件。当一个进程终止时，它所有已打开的文件都由内核自动关闭，很多程序都使用这一功能而不显示地关闭一个文件。
函数原型 int close(int fd) 函数返回值0：成功 -1：出错下面是关于这个函数的应用举例
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
int main() {
int i, fd, size, len;
char * buf="this is the buffer write to the test.c ";
char buf_r[20];
len=strlen(buf);
if ((fd=open("/usr/wangjie/file/test.c", O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR, 0666))<0) {
perror("open test.c error!!\n");
exit(1);
} else
printf("open file test.c success!!! the fd =%d\n", fd);
//使用write函数 将buf中的内容写入到打开的文件中
if ((size=write(fd, buf, len))<0) {
perror("write test.c error!!!\n");
exit(1);
} else
printf(
"Write to the file test.c success!! \nthe buffer string is %s\n ",
buf);
//调用lseek函数从0开始读出文件中的15个字节
lseek(fd, 0, SEEK_SET);
if ((size=read(fd, buf_r, 15))<0) {
perror("read string error!!\n");
exit(1);
} else {
printf("read string from test.c is %s\n", buf_r);
//调用close函数关闭文件
if (close(fd)<0) {
perror("close test.c error!!\n");
exit(1);
} else
printf("close test.c success!!\n");
exit(0);
}
}
运行的结果截图如下：
为了解决文件资源共享产生竞争，就可以用文件中的fcntl函数给文件上锁来解决这个问题。
8.fcntl 建立记录锁
Linux 通常采用的方法是给文件上锁，来避免共享的资源产生竞争的状态,文件锁包括建议性锁和强制性锁.建议性锁要求每个上锁文件的进程都要检查是否有锁存在，并且尊重已有的锁,一般情况下，内核和系统都不使用建议性锁
强制性锁是由内核执行的锁，当一个文件被上锁进行写入操作的时候，内核将阻止其他任何文件对其进行读写操作
记录锁又可分为读取锁(共享锁)和写入锁（排斥锁）
函数原型 int fcnt1(int fd,int cmd,struct flock *lock)函数返回值成功：0 -1：出错
下面是一个简单的文件上读取锁的例子
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/file.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
void lock_set(int fd, int type) {
struct flock lock;
lock.l_whence=SEEK_SET;
lock.l_start=0;
lock.l_len=0;
while (1) {
lock.l_type=type;
//根据不同的type值给文件上锁或者解锁
if ((fcntl(fd, F_SETLK, &lock))==0) {
if (lock.l_type==F_RDLCK)
printf("read locked set by %d \n", getpid());
else if (lock.l_type==F_WRLCK)
printf("read locked set by %d \n", getpid());
else if (lock.l_type==F_UNLCK)
return;
}
fcntl(fd, F_GETLK, &lock);
// 判断文件是否可以上锁
if (lock.l_type!=F_UNLCK) {
//如果上了读取锁
if (lock.l_type==F_RDLCK)
printf("read lock already set by %d\n", lock.l_pid);
//如果上了写入锁
else if (lock.l_type==F_WRLCK)
printf("write lock already set by %d\n", lock.l_pid);
getchar();
}
}
}
int main() {
int fd;
if ((fd=open("/usr/wangjie/file/test.c", O_RDWR|O_CREAT, 0666))<0) {
perror("open test.c error!!\n");
exit(1);
}
//给文件上读取锁
lock_set(fd, F_RDLCK);
getchar();
//给文件解锁
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}
运行结果如下
下面是一个简单的文件上写入锁的例子
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/file.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
void lock_set(int fd, int type) {
struct flock lock;
lock.l_whence=SEEK_SET;
lock.l_start=0;
lock.l_len=0;
while (1) {
lock.l_type=type;
if ((fcntl(fd, F_SETLK, &lock))==0) {
if (lock.l_type==F_RDLCK)
printf("read locked set by %d \n", getpid());
else if (lock.l_type==F_WRLCK)
printf("read locked set by %d \n", getpid());
else if (lock.l_type==F_UNLCK)
return;
}
fcntl(fd, F_GETLK, &lock);
if (lock.l_type!=F_UNLCK) {
if (lock.l_type==F_RDLCK)
printf("read lock already set by %d\n", lock.l_pid);
else if (lock.l_type==F_WRLCK)
printf("write lock already set by %d\n", lock.l_pid);
getchar();
}
}
}
int main() {
int fd;
if ((fd=open("test.c", O_CREAT|O_RDWR, 0666))<0) {
perror("open the test.c error!!!");
exit(1);
}
//给文件上写入锁
lock_set(fd, F_WRLCK);
getchar();
//给文件解锁
lock_set(fd, F_UNLCK);
getchar();
close(fd);
exit(0);
}
运行结果截图如下：
重新打开一个终端运行，这时候就会发现写入锁已经上过了
fcntl函数解决了文件的共享问题，但是如何处理I/O复用的情况，接下来就介绍解决处理I/O复用的情况，首先先了解I/O处理的模型有哪些
9.I/O 处理的模型有5种
1、 阻塞 I/O模型 2、非阻塞模型 3、I/O多路转接模型 4、信号驱动 I/O 模型 5、异步 I/O模型10.select函数的I/O多路转接模型是处理I/O复用的一个高效的方法
函数原型int select(int numfds,fd_set *readfds,fd_set *writefds，fd_set *exeptfds,struct timeval *timeout)
下面是讲一个文件的内容读出，每个一定的时间写入另一个文件的例子
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<time.h>
#include<fcntl.h>
int main() {
int fds[2];
char buf[20];
int i, rc, maxfd;
fd_set inset1, inset2;
struct timeval tv;
if ((fds[0]=open("/usr/wangjie/file/test.c", O_RDWR|O_CREAT, 0666))<0) {
perror("open test.c error!!!\n");
}
if ((fds[1]=open("/usr/wangjie/file/test1.c", O_RDWR|O_CREAT, 0666))<0) {
perror("open test1.c error!!!\n");
}
if ((rc=write(fds[0], "good good study day day up!!!\n", 20)));
printf("rc=%d\n", rc);
lseek(fds[0], 0, SEEK_SET);
//取出两个文件描述符的较大者
maxfd=fds[0]>fds[1] ? fds[0] : fds[1];
//初始化inset1 并加入相应的描述集
FD_ZERO(&inset1);
FD_SET(fds[0], &inset1);
FD_ZERO(&inset2);
FD_SET(fds[1], &inset2);
tv.tv_sec=2;
tv.tv_usec=0;
//判断文件描述符是否就绪
while (FD_ISSET(fds[0], &inset1)||FD_ISSET(fds[1], &inset2))
{
// 调用select函数
if (select(maxfd+1, &inset1, &inset2, NULL, &tv)<0)
perror("select error");
else {
if (FD_ISSET(fds[0], &inset1))
{
rc=read(fds[0], buf, 20);
if (rc>0) {
buf[rc]='\0';
printf("read from test.c is %s\n", buf);
} else
perror("read test.c error!!\n");
}
if (FD_ISSET(fds[1], &inset2)) {
rc=write(fds[1], buf, 20);
if (rc>0) {
buf[rc]='\0';
printf("rc=%d write to test1.c %s\n", rc, buf);
} else
perror("write error!!\n");
sleep(10);
}
}
}
exit(0);
}
运行结果截图如下：
源代码下载地址：