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C语言系统调用linux文件系统

在C语言中,openwriteread函数是系统调用(system calls),它们直接由操作系统提供,用于底层的文件操作。这些函数是UNIX和类UNIX系统(如Linux)中的标准接口,不同于C标准库中的文件操作函数(如fopenfwritefread)。

open

open函数用于打开一个文件或创建一个新文件,并返回一个文件描述符。这个函数在C语言的标准库中定义在<fcntl.h>头文件中。

#include <fcntl.h>int fd = open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
  • pathname:要打开的文件的路径。
  • flags:文件打开的模式标志,例如O_RDONLY(只读)、O_WRONLY(只写)、O_RDWR(读写)、O_CREAT(如果文件不存在则创建)等。
  • mode:文件创建时的权限模式,通常是一个三位八进制数,例如0666表示读写权限。

返回值:

  • 成功时返回一个文件描述符(非负整数)。
  • 失败时返回-1,并设置errno
常见的 flags
  1. O_RDONLY:

    • 只读模式打开文件。
    • 文件描述符用于读取操作。
  2. O_WRONLY:

    • 只写模式打开文件。
    • 文件描述符用于写入操作。
  3. O_RDWR:

    • 读写模式打开文件。
    • 文件描述符可以用于读取和写入操作。
  4. O_CREAT:

    • 如果文件不存在,则创建文件。
    • 需要提供 mode 参数来设置文件权限(如果文件被创建)。
  5. O_TRUNC:

    • 如果文件已存在且以写入模式打开,则截断文件为零长度(即清空文件内容)。
  6. O_APPEND:

    • 以追加模式打开文件。
    • 写入数据时,数据将被追加到文件的末尾,而不是覆盖文件的现有内容。
  7. O_EXCL:

    • O_CREAT 一起使用时,如果文件已经存在,则 open 调用失败。
    • 用于确保文件的创建是唯一的。
  8. O_NONBLOCK:

    • 以非阻塞模式打开文件。
    • 读写操作不会阻塞进程,适用于需要非阻塞操作的情况(如管道和套接字)。
  9. O_SYNC:

    • 以同步模式打开文件。
    • 写入操作会在返回前确保数据被写入磁盘,适用于对数据持久性要求高的场景。
  10. O_DSYNC:

  • 以同步模式打开文件。不包括文件的元数据(如修改时间等)
  • 由于 O_DSYNC 不涉及文件的元数据同步,它的性能开销通常低于 O_SYNC。这使得 O_DSYNC 更适合对数据持久性要求高但对元数据一致性要求相对较低的场景。
文件权限(mode)

当使用 O_CREAT 创建文件时,还需要指定文件权限(mode)。这是一个三位八进制数,表示文件的权限。例如:

  • 0666:文件的所有者、组和其他用户都有读写权限。
  • 0644:文件的所有者有读写权限,而组和其他用户只有读权限。
  • 0755:文件的所有者有读、写和执行权限,而组和其他用户只有读和执行权限。

权限模式由三个部分组成,分别表示文件的用户、组和其他用户的权限:

  • 用户权限(Owner permissions):前两位(如6表示读写权限,4表示读权限)。
  • 组权限(Group permissions):中间两位。
  • 其他权限(Other permissions):最后两位。

write

write函数用于向文件写入数据。它在<unistd.h>头文件中定义。

#include <unistd.h>ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
  • fd:文件描述符,通过open函数获得。
  • buf:指向要写入数据的内存区域的指针。
  • count:要写入的字节数。

返回值:

  • 成功时返回实际写入的字节数。
  • 失败时返回-1,并设置errno

read

read函数用于从文件中读取数据。它同样在<unistd.h>头文件中定义。

#include <unistd.h>ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
  • fd:文件描述符,通过open函数获得。
  • buf:指向用来存储读取数据的内存区域的指针。
  • count:要读取的字节数。

返回值:

  • 成功时返回实际读取的字节数(可能小于count)。
  • 返回0表示文件末尾。
  • 失败时返回-1,并设置errno

lseek

lseek 是一个用于调整文件描述符的文件偏移量的系统调用。它可以在文件中设置读写操作的位置。以下是 lseek 的基本用法和参数说明:

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
  • fd:文件描述符,通常由 open 系统调用返回。
  • offset:新的偏移量值,具体含义取决于 whence 参数。
  • whence:指定偏移量的起始位置,可以是以下三个常量之一:
    • SEEK_SET:文件的起始位置。
    • SEEK_CUR:文件当前的位置。
    • SEEK_END:文件的末尾位置。

返回值

  • 成功时,lseek 返回新的文件偏移量。
  • 失败时,返回 -1 并设置 errno 以指示错误原因。

综合示例

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main() {int fd = open("out.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);if (fd < 0) {perror("open");exit(EXIT_FAILURE);}// 写入数据const char *message = "Hello World";ssize_t bytesWritten = write(fd, message, strlen(message));if (bytesWritten < 0) {perror("write");close(fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 将文件描述符 fd 的偏移量设置到文件的开始位置if (lseek(fd, 0, SEEK_SET) < 0) {perror("lseek");close(fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 读取数据char buffer[20];ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);if (bytesRead < 0) {perror("read");close(fd);exit(EXIT_FAILURE);}// 字符串要添加终止符buffer[bytesRead] = '\0';printf("%s\n", buffer);// 关闭文件close(fd);return 0;
}

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