open 和 openat
函数原型
int open(const char *pathname, int flags);
int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags);
open和openat区别
- openat比open多一个dirfd((文件描述符)的参数，dirfd表示需要进行open操作目录的文件描述符
- openat操作的文件路径为dirfd + pathname
示例代码
- 使用open在当前路径下的file目录中创建文件test.txt
- 使用open获得目录"/Users/zhanghuamao/unix/"文件描述符fd
- 将fd作为参数传入openat，pathname为./text.txt，即在/Users/zhanghuamao/unix/路径下创建了文件text.txt
#include "../inc/apue.h"
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
int fd = -1;
if (open("./file/test.txt", O_CREAT) == -1)
{
printf("cretae file fail\\n");
}
if ((fd = open("/Users/zhanghuamao/unix/", O_RDONLY)) == -1)
{
err_sys("open dir fail\\n");
}
else
{
printf("fd = %d\\n", fd);
}
if (openat(fd, "./text.txt", O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IXUSR) == -1)
{
err_sys("openat file fail");
}
return 0;
}
运行结果
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./open_test
fd = 4
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ls -l ./file
total 0
-rwx------ 1 zhanghuamao staff 0 1 22 20:31 test.txt
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ pwd
/Users/zhanghuamao/unix/code/chapter3
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ls -l ../..
total 0
drwxr-xr-x 4 zhanghuamao staff 136 1 21 10:07 code
-rwx------ 1 zhanghuamao staff 0 1 22 20:30 text.txt
注：
由于Mac OS X中/usr/include目录的Operation not permitted问题，无法将apue.h复制到/usr/include，直接将apue.h放到inc目录进行include。
zhanghuamaodeMacBook-Pro:code zhanghuamao$ ls
chapter3 inc
zhanghuamaodeMacBook-Pro:code zhanghuamao$ ls -l inc/
total 24
-rw-r--r--@ 1 zhanghuamao staff 4649 1 12 21:37 apue.h
-rw-r--r--@ 1 zhanghuamao staff 2282 1 12 21:36 error.c
lseek
函数原型
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
说明
-
参数
SEEK_SET The offset is set to offset bytes. SEEK_CUR The offset is set to its current location plus offset bytes. SEEK_END The offset is set to the size of the file plus offset bytes. -
返回值
返回当前文件的偏移量。拿到了偏移量，就可以从偏移量的位置，开始对文件进行读写。可以理解为在用记事本编辑文字时，鼠标点击到哪个位置，那这个位置就被设置为偏移量，我们就从鼠标光标的位置开始编辑。
使用lseek写入字符串到文件末尾 - 示例代码
#include "../inc/apue.h"
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
int offset = -1;
int fd = -1;
char* file_path = "/Users/zhanghuamao/unix/code/chapter3/file/text.txt";
if ((fd = open(file_path, O_RDWR)) == -1)
{
err_sys("open fail");
}
//SEEK_END: write from the end of file, SEEK_CUR:write from the begin of file
offset = lseek(fd, 0, SEEK_END);
printf("before write, offset = %d\\n", offset);
if (write(fd, "12345", 5) == -1)
{
err_sys("write fail");
}
offset = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
printf("after write, offset = %d\\n", offset);
return 0;
}
运行结果
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./lseek_test;cat ./file/text.txt
before offset = 0
after write, offset = 5
12345zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./lseek_test;cat ./file/tex .txt
before offset = 5
after write, offset = 10
1234512345zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$
空洞文件 - 示例代码
- 产生空洞文件的原因：文件偏移量可以大于文件的当前长度。
- 创建空文件holefile.txt，往里面写入"abcde"，然后设置文件偏移量为1000，再次写入"fghij"。
#include "../inc/apue.h"
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
char buf1[] = "abcde";
char buf2[] = "fghij";
int offset = -1;
int fd = -1;
char* file_path = "/Users/zhanghuamao/unix/code/chapter3/file/holefile.txt";
if ((fd = creat(file_path, FILE_MODE)) == -1)
{
err_sys("create fail");
}
if (write(fd, buf1, 5) == -1)
{
err_sys("write buf1 fail");
}
if (lseek(fd, 1000, SEEK_SET) == -1)
{
err_sys("lseek error");
}
if (write(fd, buf2, 5) == -1)
{
err_sys("write buf2 fail");
}
/* code */
return 0;
}
运行结果
- 使用od -c holefile.txt ，让文件内容以单字节八进制输出
zhanghuamaodeMacBook-Pro:file zhanghuamao$ ls
holefile.txt text.txt
zhanghuamaodeMacBook-Pro:file zhanghuamao$ od -c holefile.txt
0000000 a b c d e \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0
0000020 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0
*
0001740 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 \0 f g h i j
0001755
对标准输入设置偏移量 - 示例代码
#include "../inc/apue.h"
#define BUFFSIZE 4096
int main(int argc, char const *argv[])
{
char buf[BUFFSIZE];
if (lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR) == -1)
{
printf("can't seek\\n");
return 0;
}
else
{
printf("seek ok\\n");
}
while (read(STDIN_FILENO, buf , BUFFSIZE) > 0)
{
printf("%s", buf);
}
printf("\\n");
return 0;
}
运行结果
- 默认运行结果
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./stdin_lseek < ./file/text.txt
seek ok
1234512345
- 将lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR)修改为lseek(STDIN_FILENO, 2, SEEK_CUR)
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./stdin_lseek < ./file/text.txt
seek ok
34512345
文件共享
内核表示打开文件的3种数据结构
内核表示打开文件的3种数据结构
原子操作
多进程同时操作同一文件导致的错误
-
假设同时有两个独立的进程A和进程B都对同一文件进行最加写的操作。
if (lseek(fd, 0, SEEK_END) == -1) err_sys("can't seek"); if (write(fd, buf, 100) == -1) err_sys("write fail") -
A进程先调用lseek将当前的文件偏移量设置为1500字节（当前文件末尾处）。然后内核切换进程，进程B调用lseek将当前的文件偏移量设置为1500字节。
进程A和进程B都对同一文件进行最加写的操作
-
进程B调用write写了100字节到文件末尾，B的文件偏移量更新为1600字节。同时，当前文件长度变为1600字节。
-
内核又切换到进程A，进程A调用write，由于进程A的文件偏移量为1500字节，进程A从1500字节开始写入数据，覆盖调进程B写入的数据。
进程A覆盖调进程B写入的内容
- Unix提供原子操作方法解决该问题，即在打开文件时，设置O_APPEND标志。使内核每次在写操作之前，都会将当前进程偏移量设置到该文件的末尾，这样在每次写之前，不用再调用lseek函数。
打开文件时设置设置O_APPEND标志
原子操作
所谓原子操作，指的是多步操作组合成为一步，在整个执行过程中，要么执行完所有操作，要么一步都不执行。例如，写入内容到文件末尾的原子操作，是将移动文件偏移量到末尾和写操作组合成为一步。要么两个操作一起执行，要么都不执行，这样就能避免多进程同时操作同一文件的错误。
dup
复制标准输入的文件描述符
#include "../inc/apue.h"
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
int fd = -1;
char buf[5];
if ((fd = dup(1)) == -1)
{
err_sys("dup fail");
}
printf("dup fd = %d\n", fd);
read(fd, buf, 5);
printf("buf = %s\n", buf);
return 0;
}
运行结果
在打印出dup fd = 3后，表示复制成功。然后手动输入"12345"，打印成功。
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./dup_test
dup fd = 3
12345
buf = 12345
fcntl
函数原型
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
获取文件状态标志 - 实例
#include "../inc/apue.h"
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
int val;
if (argc != 2)
{
err_sys("usage: fcntl_test <descriptor#>");
}
if ((val = fcntl(atoi(argv[1]), F_GETFL, 0)) < 0)
{
err_sys("fcntl error for fd %d\n", atoi(argv[1]));
}
switch (val & O_ACCMODE)
{
case O_RDONLY:
printf("read only");
break;
case O_WRONLY:
printf("write only");
break;
case O_RDWR:
printf("read write");
break;
default:
err_dump("unknow access mode");
}
if (val & O_APPEND)
{
printf(", append");
}
if (val & O_NONBLOCK)
{
printf(", nonblocking");
}
if (val & O_SYNC)
{
printf(", synchronous writes");
}
putchar('\n');
return 0;
}
运行结果
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./fcntl_test 0 < /dev/tty
read only
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./fcntl_test 1 > temp.txt
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ cat temp.txt
write only
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./fcntl_test 2 2>> temp.txt
write only, append
zhanghuamaodeMacBook-Pro:chapter3 zhanghuamao$ ./fcntl_test 5 5<> temp.txt
read write
参考
- UNIX 环境高级编程 第3版
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