【Linux&Unix--open/close/write/read系统调用】


个人学习整理，如有不足之处，请不吝指教。转载请注明：@CSU-Max

系列博文：

Linux&Unix学习第一弹 -- 文件描述符与权限

Linux&Unix学习第二弹 -- exec 与 fock 系统调用

Linux&Unix学习第三弹 -- open/close/write/read系统调用

在 Unix/Linux 系统中，文件是一个很重要的概念，本文将介绍 Linux 中和文件相关的几个重要的系统调用--open-close-write-read 系统调用。

open系统调用

函数原型及解释

<span style="font-family:Courier New;font-size:18px;"><span style="font-family:Courier New;font-size:18px;">//open -- 打开或创建文件
int open (
    const char *path,  /*pathname*/
    int flags,         /*flags*/
    mode_t perms       /*permissions (when creating)*/
) ;</span></span>

调用 open可以打开一个已经存在的文件（普通文件、特殊文件或命名管道），或创建一个新文件，但它只能创建普通文件（创建特殊文件需要使用 mknod，命名管道使用 mkfifo）。open返回是打开已存在的文件或创建新文件的文件描述符。文件一旦打开，read、 write、 lseek、 close以及其他调用就可以使用其返回的文件描述符。

打开已存在文件

首先我们来看一下 open函数的三个参数，path是已经存在的文件的路径；至于 flags参数，若值为 O_RDONLY ,就以只读方式打开文件，若值为 O_WDONLY，就以只写方式打开文件，若值为 O_RDWR，就以读写方式打开文件；而对于一个已经存在的文件，参数 perms是没有用的，通常将其省略，因此此种情况下 open调用只需两个参数。

open失败的原因很多，常见的有如下两种：

1.没有相应的文件访问权限

2.路径所指向的文件不存在

创建新文件

前面已经说到，当文件不存在时，open会创建一个新文件（仅能是普通文件），我们只需要用 or操作向 open的 flags参数中加入标志 O_CREAT即可。这样可以创建一个新的只读文件，但是这没有任何意义，因为所创建的新文件没有任何可读内容。因此一般需要 O_CREAT与 O_WRONLY或 O_RDWR一起使用，此时就需要 perms参数了。

例如：

ec_neg1( fd = open(“/home/marc/newfile”,O_RDWR | O_CREAT, PERM_FILE) )

参数 perms仅在创建新文件时有效，对于一个已经存在的文件，它没有任何作用。

用户有时需要一个新的、没有任何数据的文件，即当文件已经存在，需要将其所有数据清除，并设置文件偏移量为0。标志 O_TRUNC可以实现此功能：

ec_neg1( fd = open(“/home/marc/newfile”,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, PERM_FILE) )

因为 O_TRUNC能够破坏数据，所以只要进程具有写权限，就可以清除已存在文件的数据，因为它是写形式的一种。但对于具有 O_RDONLY标志的文件，它就不起作用了。

O_WRONLY| O_CREAT | O_TRUNC这个组合是很常见的（创建或截短一个具有只写权限的文件），也有专门的相关的系统调用，即 creat系统调用。

creat系统调用

<span style="font-family:Courier New;font-size:18px;"><span style="font-family:Courier New;font-size:18px;">//creat -- 创建或清空文件
int creat (
    const char *path, /*pathname*/
    mode_t perms      /*permissions*/
); </span></span>

采用 open打开一个已经存在的文件只需要第一个参数和第二个参数（path和 flags）；使用 creat创建新文件仅需要第一个参数和第三个参数（path和 perms），实际上， creat仅仅是一个宏：

#define creat(path, perms) open(path,O_WRONLY | O_CREAT |O_TRUNC, perms)

当然我们也可以仅使用open 而放弃使用 creat，但是在早期，open只有两个参数，那时creat则无可替代。

关于open的flags参数

除了以上介绍的 open标志外，open还有许多标志，具体的如下表所示：

标志

解释

O_RDONLY

只读方式打开

O_WRONLY

只写方式打开

O_RDWR

读写方式打开

O_APPEND

每次写都追加到文件的尾端

O_CREAT

若文件不存在则创建文件

O_DSYNC

设置同步I/O方式

O_EXCL

如果文件已存在，则出错；必须与O_CREAT一起使用

O_NOCTTY

不将此设备作为控制终端

O_NONBLOCK

不等待命名管道或特殊文件准备好

O_RSYNC

设置同步I/O方式

O_SYNC

设置同步I/O方式

O_TRUNC

将其长度截短为0

close系统调用

函数原型及解释

<span style="font-family:Courier New;font-size:18px;"><span style="font-family:Courier New;font-size:18px;">//close -- 关闭文件描述符 
int close (
    int fd               /*file descriptor*/
);</span></span>

通过对 close进行分析，我们会发现close并没有做什么实质工作，它没有刷新任何内核缓冲区，而仅仅是使文件描述符可以重用。\

如上图，当指向一个打开文件描述的所有文件描述都关闭时，将删除该打开文件描述。同样的，当指向一个信息节点的所有打开文件描述都被删除时，将删除该内存信息节点。

write系统调用

函数原型及解释

<span style="font-family:Courier New;font-size:18px;"><span style="font-family:Courier New;font-size:18px;">//write -- 向文件描述符写
ssize_t write (
    int fd,              /*file descriptor*/
    const void *buf,     /*data to write*/
    size_t nbytes        /*amount to write*/    
); </span></span>

write系统调用将 buf所指向的缓冲区的 n字节写入 fd 所描述ude打开文件中。

写操作从文件偏移量的当前位置开始执行，并且在完成之后，文件偏移量将增加所写入的字节数。若写入成功，返回值为已写入的字节数，出错则为 -1。

若设置了O_APPEND标志，写入前文件偏移量自动定位到文件的结尾。

本文仅讨论普通文件的写操作。

注：write也用与向管道，特殊文件和套接字写入数据，但是情况会有些不同，这些写操作可以阻塞（如它们可能正在等待可用数据）。如果阻塞了写操作，那么到达的信号会中断其操作。这种情况下写操作将返回-1，并将 errno设置为 EINTR。

write的真面目

看了前面的介绍，write似乎只是写入数据，接着返回结果。实际上并非如此。当用户调用 write系统调用时并不执行写操作，紧接着返回数据，它仅仅是将数据传递给内核的缓冲区。

当接收到 write请求时，先确保传入的文件描述符可以使用，接着将数据复制到内核中的缓冲区。以后，在某个方便的时候，系统会设法把这部分的数据写入磁盘中。若发现错误，就会设法在控制台输出错误，但是该进程不会返回这个错误（可能此时其已经终止运行了）。若在系统向磁盘写出这些数据之前，该进程或其他进程试图要读取这些数据，那么系统将从内核缓冲区为你读取这些数据。

总而言之，该进程不知道系统什么时候完成了请求，也不知道是否完成了请求。如果在该部分缓冲区的数据写出磁盘之前，有磁盘错误，或者由于某种原因内核停止了，那么你会发现要写的数据根本没有写到磁盘上，即使 write 没有报错。

由此我们可以看出，这是一种延迟写，那么延迟写有哪些我们需要关心的问题呢？

1.不能确定什么时候发生物理写操作

2.一个调用写操作的进程没有得到写错误的通知

3.物理写操作的顺序是无法操作的

writeall函数

writeall是一个非常方便实用的函数，当需要确保写入所有的内容时，可以使用此函数。

<span style="font-family:Courier New;font-size:18px;"><span style="font-family:Courier New;font-size:18px;">//writeall
ssize_t writeall(int fd, const void *buf, size_t nbyte)
{
        ssize_t nwritten = 0;       //总共写出的字符数 
        sszie_t n;                  //每次 write 操作写出的字符数 
        
        do{
                if((n = write(fd, &((const char *)buf)[nwriten], nbyte - nwritten)) == -1)
                {
                      if(errno == EINTR)        //阻塞时持续循环写出 
                          continue;
                      else
                          return -1;
                }
                nwritten += n;
         }while(nwritten < nbyte);
         return nwritten;
}</span></span>

read系统调用

函数原型及解释

<span style="font-family:Courier New;font-size:18px;"><span style="font-family:Courier New;font-size:18px;">//read -- 从文件描述符中读入
ssize_t read (
    int fd,              /*file descriptor*/
    void *buf,           /*address to receive data*/
    size_t nbytes        /*amount to read*/    
); </span></span>

read系统调用与 write相反，它是从 fd所描述的打开文件中读取 buf所指缓冲区中的 n个字节。read从当前文件偏移量开始读数据，并且完成读操作后，文件偏移量将增加所读字节数。read的返回值是所读字节数、文件结束标志或者错误标志-1。读操作不受 O_APPEND标志的影响。

如果数据已经不在缓冲区中（由于以前的I/O操作），进程必须等待内核从磁盘得到数据。

与 write一样，从管道、特殊文件或套接字中读取数据时，read可以阻塞。此时读操作可能会被信号中断，结果返回值为-1，并把 errno 设置成 EINTR。

readall函数

类比 writeall函数，如果需要读所有的数据，则通过循环调用 read，readall函数就是这样的一个非常方便实用的函数。

<span style="font-family:Courier New;font-size:18px;"><span style="font-family:Courier New;font-size:18px;">//readall
ssize_t readall(int fd, const void *buf, size_t nbyte)
{
        ssize_t nread == 0;        //总共读取的字符数 
        ssize_t n;                 //每次 read 操作读取的字符数 
        
   
        do{
                if((n = read(fd, &((const char *)buf)[nread], nbyte - nread)) == -1)
                {
                      if(errno == EINTR)        //阻塞时持续循环读取 
                          continue;
                      else
                          return -1;
                }
                nread += n;
         }while(nread < nbyte);
         return nread;
}</span></span> 

相关内容