Linux 系统 IO 知识点总结

一、文件 IO 基础1. 文件 IO 概念IOI (Input 输入 / 读从文件拿数据)O (Output 输出 / 写把数据存入文件)。文件是存储介质上的数据集合文件 IO 就是操作文件的手段。应用程序运行在用户空间文件存于硬盘等存储介质依靠文件系统管理磁盘文件常见文件系统Windows 的 FAT32、exFATLinux 的 ext2、ext3。2. 三种开发层次层次特点缺点裸奔层无操作系统直接操作硬件寄存器 IO需要懂硬件单任务无并发固件库层调用固件库少量了解硬件依旧单任务不能多程序并发带 OS 操作系统层Linux/Windows业务开发屏蔽硬件细节支持多任务并发对资源要求更高3. Linux 哲学一切皆文件文件分为文件属性和文件内容。inode(i‑node)文件在磁盘上唯一标识保存文件大小、类型、权限、时间等属性文件存在则磁盘 inode 一定存在。二、系统 IO 调用文件内核流程磁盘上每个文件拥有物理 inode保存文件属性磁盘存放真正文件内容。应用调用open()系统调用内核把磁盘物理 inode 加载到内存生成struct inode同时为本次打开的文件创建struct file结构体保存打开文件状态、读写偏移光标。每个进程拥有进程文件表项结构体指针数组open返回数组下标也就是文件描述符 fd整数。后续read/write/lseek/close全部通过文件描述符 fd 操作文件用户空间完全不需要接触 inode、struct file 内核结构体。读写操作会自动移动文件读写光标三、系统 IO 核心 API1. open 打开 / 创建文件头文件fcntl.hint open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags,mode_t mode);• pathname文件路径名字符串。• flags打开标志三选一必选O_RDONLY只读、O_WRONLY只写、O_RDWR读写可选标志用|按位或组合O_APPEND追加光标置于文件末尾O_CREAT文件不存在就创建使用该标志必须传第三个 mode 参数O_EXCL搭配O_CREAT文件已存在则 open 报错O_TRUNC打开时清空原有文件内容O_NONBLOCK非阻塞打开普通文件默认非阻塞设备 / 管道默认阻塞• mode:当第二个参数指定了O_CREAT(创建标志)那么必须有第三个参数指定创建文件的权限(mode) 有两种方式1)User:S_IRUSR S_IWUSR S_IXUSRS_IRWXUGroup:S_IRGRP S_IWGRP S_IXGRPS_IRWXGOther:S_IROTH S_IWOTH S_IXOTHS_IRWXO2)八进制形式06640:表示 后面的数为八进制数 一个八进制数需要三个二进制6:110指定user用户拥有读写权限6:110指定group用户拥有读写权限4:100指定other用户拥有可读权限• 返回成功返回大于 0 的文件描述符 fd失败返回‑1设置全局错误码errno可用perror()打印错误。• 辅助函数creat()等价于带O_CREAT的 open。2. read 读文件头文件unistd.hssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);• fd文件描述符buf内存缓冲区存放读到的数据count期望读取字节数。• 返回成功返回实际读到字节数0读到文件末尾 EOF失败返回‑1。3. write 写文件头文件unistd.hssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);• fd文件描述符buf待写入数据缓冲区count希望写入字节数。• 返回成功返回实际写入字节数0 代表无写入失败返回‑1。4. lseek 修改文件读写偏移光标头文件unistd.hoff_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);• offset 偏移量正数向后偏移负数向前0 不动。•whence 基准位置SEEK_SET以文件开头为基准SEEK_CUR以当前光标位置为基准SEEK_END以文件末尾为基准• 返回成功返回光标距离文件开头总字节失败‑1。5. close 关闭文件头文件unistd.hint close(int fd);传入文件描述符释放内核资源成功返回 0失败‑1。四、实操练习思路文件拷贝open 源文件只读打开得到 fd1open 目标文件只写、不存在创建、存在截断清空设置权限得到 fd2循环 read 读 fd1 到缓冲区读到 0 就结束循环把读到的数据 write 写入 fd2操作完成调用 close 关闭两个文件描述符。补充注意点read、write 会自动移动文件光标创建文件时八进制权限数字开头必须写 0系统调用出错用 perror 打印错误信息文件描述符只是进程内数组下标内核真正维护struct file和struct inode。