linux低级文件编程(内核级别)

   与高级文件编程使用FILE描述符不同的是，低级文件编程的文件描述符是一个非负整数。
1.文件的打开与创建
  #include<fcntl.h>
  int open(const char * filename,int oflag,.../*mode_t mode*/);
  --filename指定了打开或创建文件的路径名；
  --oflag制定了打开或创建文件的方式
  --mode是可选参数，决定新文件的模式，仅当创建文件时有效。
  当函数调用成功时，将为文件filename创建一个文件描述符并返回之，否则返回-1；
  参数oflag控制打开文件的读写方式{1.O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR}、常规方式和同步方式；
2.文件的关闭与删除
  函数close关闭一个已经打开的文件，函数unlink删除文件，它们的原型为：
  #include<unistd.h>
  int close(int fildes);
  int unlink(char *path);
  注：只是用一次的临时文件，可以先删除再是用，这样子不必担心忘记删除文件而造成磁盘垃圾文件了。
/*-----临时文件使用模板unlink.c-----*/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
void main()
{
  int fno;
  if((fno=open("./tmpfile",O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL,0755))<0)
  {
     fprintf(stderr,"open file error!/n");
     return ;
  }
  unlink("./tmpfile");
  sleep(60);
  printf("end./n");
}
3.文件读写
#include<unistd.h>
ssize_t read(int fildes,void *buff,size_t nbytes);
ssize_t write(int fildes,const void *buff,size_t nbytes);
/*read函数从文件描述符fildes所指向的文件中读取nbytes个字节的数据到buff所指向的内存中去。如果read成功，函数返回实际读取的字节数；如果文件结束或参数nbytes值为0，函数返回为0；若调用出错，函数返回-1，并将错误码写入errno中。*/
/*write把buff所指向的内存数据向文件描述符fildes所指向的文件中写入nbytes个字节。如write成功，函数返回实际写入的字节数。否则返回-1，并将错误写入errno中*/
/*--------read.c------*/
#include<unistd.h>
void main()/
{
  char buff[11];
  printf("%d",read(0,buf,sizeof(buf)));
}
/*---------write.c-----*/
#include<unistd.h>
void main()
{
  char buf[10]="abcchina";
  printf("%d",write(1,buf,sizeof(buf)));
}
4.文件定位
#include<unistd.h>
off_t lseek(int fildes,off_t offset,int whence);
实例：函数lseek允许定位到当前文件最大位置之后，倘若定位成功并且写入数据，则文件将自动延长到写入位置，中间部分以0填充。但是若定位位置大大超过了当前文件长度，则UNIX操作系统只虚增文件长度，实际并不分配磁盘块。以下设计虚增文件的实例:
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
void main()
{
  int fno;
  if((fno=open("hole.dat",O_WRONLY|O_CREAT,0755))<0)
  {
    printf("open file hole.dat failed./n");
    return ;
  }
  lseek(fno,1000000000,SEEK_SET);
  write(fno,"eee",3);
  close(fno);
}
5.文件缓冲
  函数fsync将缓冲信息写入文件中，它的原型为：
  #include<unistd.h>
  int fsync(int fildes);
  系统调用fsync将所有已写入文件描述符fildes的数据真正写到磁盘或其它设备中，类似于标准文件变成库fflush，当系统调用成功时返回0，否则返回-1。
 
6.复制文件描述符
  低级文件编程库中复制文件描述符的函数如下：
  #include<unistd.h>
  int dup(int fildes);
  int dup2(int fildes,int fildes2);
  函数dup复制文件描述符fildes到当前未使用的最小可用描述符中。函数dup2复制文件描述符fildes到描述符fildes2中，如果 fildes2已经打开，则关闭；如果fildes2与fildes值相等，则直接返回。这两个函数在调用成功时都返回新的文件描述符，否则返回-1。
7.文件控制
  1)文件锁
     多用户多任务操作系统中非常重要的一个内容就是文件锁。用户在更新文件时，期望可以使用某种机制，防止两种进程同时更新文件同一区域而造成丢失，或者防止文件内容在未更新完毕时被读取等并发引起的问题，这种机制就是文件锁。
     进程在操作文件期间，可以使用文件锁，锁定文件中的敏感部分，防止其他进程越权操作该部分数据。函数fcntl提供了对文件任意区域置锁的能力，既可以锁住全部文件，又可以锁住文件的部分记录，故文件锁又成为"记录锁".
     根据文件锁的访问方式，可以区分读锁和写锁两种。读锁又名共享锁，它用来防止进程读取的文件记录被更改。文件记录可以同时设置多个读锁，但当有一个读锁存在时，就不能在该记录出设置写锁。
     写锁又名互斥锁，它用来保证文件更改记录时不被干扰，确保文件一致性和完整性，防止写丢失或读"脏"数据。文件记录一旦设置了写锁，就不能再设置任意锁，除非写锁接触。
    文件记录在同一时刻，可以设置多个读锁，单仅能设置一个写锁，并且读、写不能不能同时存在。
    当函数fntl专用于锁操作时，其原型为：
    int fcntl(int fildes,int cmd,struct flock *arg);
    其中，结构flock用于描述文件锁的信息，定义于"fcntl.h"中，如下表示：
struct flock
{
   short l_type;/*锁类型，取值为F_RDLCK、F_WRLCK、或F_UNLCK之一，分别代表申请读锁、申请写锁和释放锁*/
   short l_whence;/*锁区域开始地址的相对位置，类似于lseek中whence参数，取值是SEEK_SET SEEK_CUR SEEK_END之一，分别表示相对文件起始位置、文件当前位置、文件结束位置*/
   long l_start;/*锁区域开始地址偏移量，同l_whence共同确定锁区域*/
   long l_len;/*锁的长度，0表示锁至文件末*/
   long l_pid;/*拥有锁的进程ID号*/
};
当函数fcntl专用于锁时，参数cmd的三种取值：
     F_GETLK
     F_SETLK
     F_SETLKW
     {文件锁最典型的应用于两个方面：一个锁定文件中的临界数据，比如并发投票时文件记录的投票数;二是利用具有互斥性质的写锁，实现进程的并发控制}
   2)文件锁操作
     在锁机制的使用中，最常见的操作有锁的请求、释放和测试等，这些操作代买基本类似
   (1)测试锁
   设计函数SeeLock，它查询文件描述符fd对应文件的锁信息，其原型为：
   void SeeLock(int fd,int start,int len);
   函数查询描述符fd对应文件从偏移start出开始的len字节中的锁信息
/*----测试所源码----lock1.c----*/
void SeekLock(int fd,int start,int len)
{
  struct flock arg;
  arg.l_type=F_WRLCK;
  arg.l_whence=SEEK_SET;
  arg.l_start=start;
  arg.l_len=len;
  if(fcntl(fd,F_GETLK,&arg)==-1) 
     fprintf(stderr,"See Lock failed./n");
  else if(arg.l_type==F_UNLCK)
     fprintf(stderr,"NO LOCK FROM %d TO %d,n",start, len);
  else if(arg.l_type==F_WRLCK)
     fprintf(stderr,"WRITE LOCK FROM %d TO %d ,id=%d/n",start,len,arg.l_pid);
  else if(arg.l_type==F_RDLCK)
     fprintf(stderr,"READ LOCK FROM %d To %d,id=%d/n",start,len,arg.l_pid);
}
(2)申请读锁
    共享锁申请函数GetReadLock，原型为：
    void GetReadLock(int fd,int start,int len);
    以阻塞模式在文件描述符fd相应的文件中申请共享读锁，锁定的区域从偏移start处开始的len字节
/*---阻塞申请共享读锁源码---lockl.c*/
void GetReadLock(int fd,int start,int len)
{
  struct flock arg;
  arg.l_type=F_RDLCK;
  arg.l_whence=SEEK_SET;
  arg.l_start=start;
  arg.l_len=len;
  if(fcntl(fd,F_SETLKW,&arg)==-1)
    fprintf(stderr,"[%d] Set Read Lock failed./n",getpid());
  else 
    fprintf(stderr,"[%d] Set Read Lock From %d To %d",getpid(),start,len);
}
(3)申请写锁
    void GetWriteLock(int fd,int start,int len);
/*---阻塞申请共享写锁源码---lockl.c*/
void GetReadLock(int fd,int start,int len)
{
  struct flock arg;
  arg.l_type=F_WRLCK;
  arg.l_whence=SEEK_SET;
  arg.l_start=start;
  arg.l_len=len;
  if(fcntl(fd,F_SETLKW,&arg)==-1)
    fprintf(stderr,"[%d] Set Write Lock failed./n",getpid());
  else 
    fprintf(stderr,"[%d] Set Write Lock From %d To %d",getpid(),start,len);
}
   (4)释放锁
    设计文件锁释放函数ReleaseLock，原型为：
    void ReleaseLock(int fd,int start,int len);
/*---释放锁源码---lockl.c*/
void GetReadLock(int fd,int start,int len)
{
  struct flock arg;
  arg.l_type=F_UNLCK;
  arg.l_whence=SEEK_SET;
  arg.l_start=start;
  arg.l_len=len;
  if(fcntl(fd,F_SETLKW,&arg)==-1)
    fprintf(stderr,"[%d] UnLock failed./n",getpid());
  else 
    fprintf(stderr,"[%d] UnLock From %d To %d",getpid(),start,len);
}
以下是一个文件锁控制进程的实例，如下：
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
void main()
{
  int fd;
  struct flock arg;
  if((fd=open("/tmp/tlockl",O_RDWR|O_CREAT,0755))<0)
  {
    fprintf(stderr,"open file failed./n");
    retrun;
  }
  SeeLock(fd,0,10);
  GetReadLock(fd,0,10);/*申请读锁*/
  SeeLock(fd,11,20);
  GetWriteLock(fd,11,20);/*申请写锁*/
  sleep(30);
  ReleaseLock(fd,0,10);
  ReleaseLock(fd,11,20);
}
8.通过函数库之读写功能库封装
     本类函数包括阻塞读写和定时读写两种
   1)阻塞读写函数库
   (1)ReadFile
    控制read的读取文件字节数函数，其原型为：
    int ReadFile(int nFile,void *pData,int *pSize);
    函数从文件描述符nFile所指向的文件中读取nSize个字节的数据到内存pData中，仅当错误发生，或者全部数据读取完毕时，函数返回。
   (2)WriteFile
     控制write的写入文件字节数函数，原型为：
     int WriteFile(int nFile,void *pData,int nSize);
/*-----------file.c----------*/
int ReadFile(int nFile,void *pData,int *pSize)
{
  int nLeft,nRead;
  char *pcData=pData;
  ASSERT(pData !=NULL && pSize !=NULL);
  nLeft= *pSize;
  while(nLeft>0)
  {
    if((nRead=read(nFile,pcData,nLeft))<0)
    {
      if(errno !=EINTR) ASSERT(0);
      nRead=0;
    }
    else if(nRead==0) break;
    nLeft -=nRead;
    pcData +=nRead;
  }
  *pSize=*pSIze-nLeft;
  return 0;
}
/*程序中错误代码EINTR表示在读取数据之前，系统调用read被一个信号singal中断，可以继续执行读取操作*/
2)阻塞读写函数库应用实例
      程序读取键盘输入，当且仅当读入了一定量的字符数后函数才返回，如下：
#include<comlib.h>
void main()
{
  char buf[11];
  int size=sizeof(buf);
  ReadFile(0,buf,&size);
  printf("%d",size);
}

作者“pstary”