Linux操作檔的底層系統怎麼調用

linux作業系統奉行一切皆檔案的理念，所有檔案設備幾乎都可以用一套系統呼叫即open()/close()/write()/read()等來操作。系統呼叫和C庫調用操作檔類似。 Linux自備的man手冊是最權威的。透過查看man手冊來查看系統呼叫用法。

代號—— 代表的意義

• #1 —— 使用者在shell環境下可操作/可執行的命令

• 2 —— 系統核心可呼叫的函數與工具

• 3 —— 一些常用的函數與函數庫，大部分C的函數庫

• 4 —— 裝置檔案的說明，通常是在/dev下的裝置

• 5 — — 設定檔或某些檔案的格式

• 6 —— 遊戲

• 7 —— 管理與協定等，例如Linux檔案系統、網路協定等

• 8 —— 系統管理員可用的指令

• 9 —— 與Kernel有關的檔案

注意，系統的頭檔在Linux中一般存放在/usr/include目錄下；下麵包含的一些頭檔有的帶了sys，其實是include底下的子目錄中的頭檔

open（）——開啟或建立一個檔案

返回值類型： int——文件描述符fd，每打開一個文件，就會得到一個文件描述符，這個文件描述符是整形的，我們透過文件描述符進行讀寫操作。

• 失敗：-1

• 成功：>= 0，即檔案描述子；

• mode_t是一個類型別名，實際上就是一個有符號的整數，對open函數而言，僅僅當創建新檔案時才使用第三個參數

flag：打開標誌

注意： 這些其實都是定義的一些宏，當需要使用到多個參數時，使用位元或「 | 」構成多個flag參數

也可跟隨下面的方式一起使用：

其他不一一介紹，需要使用時自查。

write（）

傳回值：

• 若成功為已經寫入的位元組數；

• 若出錯為-1；

注意：計劃寫入的位元組數和函數的回傳值當不相等時，表示寫入出現了錯誤，可以用來檢驗寫入是否成功；

參數：

• #fd ：寫入檔案的檔案描述子；

• buf：存放待寫資料的快取；

• count：要求寫入一次資料的位元組數；

#注意：

對於普通文件，寫操作從檔案的目前位移量處開始，若如果在開啟該檔案時，指定了O_APPEND選擇項，則在每次寫入作業之前，將檔案位移量設定在檔案的目前結尾處。在一次成功寫入之後，該檔案位移量增加實際寫的位元組數。

read（）

傳回值 ：讀到的位元組數

• 若已到檔案尾為0；若出錯為-1;

#參數

• ##fd

  ：讀取檔案的檔案描述子；

• buf

  ：存放讀取資料的快取；

count

：要求讀取一次資料的位元組數；注意傳回值是實際讀到的位元組數，二者並不相同；############# ##注意：###讀取操作從檔案的###目前位移量###開始，在成功返回之前，該位移量增加實際讀取的位元組數（這個位移量是可以自己設定的）； ######close（）#############

注意：當一個行程終止時，它所開啟的檔案都會由核心自動關閉。

註：這些不帶快取的函數都是核心提供的系統呼叫；這正是和我們在C語言中學到的那些IO操作不同的地方，他們不是標準C的組成部分，但是POSIX的組成部分。

標準C對檔案操作時都是透過對FILE的結構體指標進行操作的，而這裡使用的是檔案描述子。

檔案描述子的範圍是0——OPEN MAX，早期的Unix採用的上限為19（即允許每個進程開啟20個檔案），現在很多系統將即增加到63，Linux為1024，具體多少可以在的頭檔中找到。

檔案描述子與檔案指標

• FILE * fdopen(int fd,const char *mode)，將檔案描述子轉為檔案指標；

• int fileno(FILE *stream)，將檔案指標轉換為檔案描述子；

lseek函數

功能： 定位一個已開啟的檔案

off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence);

• fd ：已經開啟的檔案描述子；

• offset：位移量；

• whence ：定位的位置，即基準點

• SEEK_SET：將該檔案的位移量設為距離檔案開始處offset個位元組；

• SEEK_CUR：將該檔案的位移量設為其目前值加offset，offset可正可負；

• SEEK_END：將該文件的位移量設定為文件長度加offset，offset可正可負（此時若為正值，就涉及到空洞文件了，請看下面的講解）；

• 返回值：**若成功則返回新的檔案位移量（絕對位移量）**若出錯為-1；定位到檔案尾部時，可以返回檔案的大小；

• lseek函數也可以用來確定所涉及的檔案是否可以設定位移量，如果檔案描述子所引用的是一個管道或FIFO，則lseek回傳-1，並將errno設定為EPLPE；

空洞檔案範例：

#

#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>

//生成空洞文件
char *buffer = "0123456789";

int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc < 2)
	{
		fprintf(stderr,"-usage:%s [file]\n",argv[0]);
		exit(1);
	}

	int fd = open(argv[1],O_WRONLY | O_CREATE | O_TRUNC,0777);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open error");
		exit(1);
	}

	size_t size = strlen(buffer) * sizeof(char);
	//将字符串写入到空洞文件中
	if(write(fd,buffer,size) != size)
	{
		perror("write error");
		exit(1);
	}
	
	//定位到文件尾部的10个字节处
	if(lseek(fd,10L;SEERK_END) < 0)
	{
		perror("lseek error");
		exit(1);
	}
	//从文件尾部的10个字节处再写入字符串
	if(write(fd,buffer,size) != size)
	{
		perror("write error");
		exit(1);
	}
	close(fd)；
	return 0;
}

我們可以看到用more指令查看文件內容時，發現顯示的內容只有一次寫入的結果，用od

-c指令查看文件的ASSCI碼，我們會發現在兩次內容之間，有10個\0，這就是空洞，用vim開啟該文件內容也可以看到，有10個^@符。

註：每個檔案都有一個與其相關聯的“當前檔案偏移量”，它是一個非負整數，用以度量從檔案開始計算的位元組數。通常讀寫操作都以檔案目前偏移量開始，並使得偏移量增加所讀或所寫的位元組數。按系統默認，當開啟一個檔案時，除非指定O_APPEND選擇項，否則該檔案位移量被設定為0；

範例：

##運行結果如下：

fd = 3的原因是：

系統內部PCB存在一個

檔案表 ，以記錄開啟的文件，文件描述符其實就是文件表的下標

• 0——FILE* stdin，標準輸入

• 1——FILE* stdout，標準輸出

• 3——FILE* stderr，標準錯誤輸出

• #本程式已經預設開啟了三個文件，fd排到第四個，所以編號為3

#接下來進行文件讀取

運行結果如下：

#應用程式：利用讀寫對檔案進行複製

#首先宣告：我們不區分文字檔案還是二進位檔案

完成對一個圖片的複製，我們可以使用以下的方案：

• 先開啟原來的二進位檔案

• 開啟一個新的檔案

• 從原來的二進位檔案讀取一部分寫入新檔案

• 重複讀寫

• 直到讀完，寫完就停止【read() == 0作為循環停止的條件，讀不到就是讀完】

• #完成複製

複製完成

##開啟檔案後， fork的子進程能否共享和父進程共享存取同一個檔案？

我們每次開啟文件以後，都會在核心中產生struct file這樣一個結構體，以表示開啟的文件，記錄著以下資訊：

• 檔案偏移（起始從0開始，檔案指標隨著寫入資料進行偏移）

• 引用計數（幾個行程正在使用這個打開的檔案）

• inode節點（存放進程的屬性資訊：誰創建了，名字是什麼，在磁碟哪裡儲存。透過這個inode節點，我們才能找到對應的這個具體的檔案）

• 開啟方式：例如只讀方式，只寫方式開啟

測試1：先開啟檔案再fork

close（fd）寫在最外側，父子程序都會關閉，每關閉一次，引用計數減1，直到0。

運行結果如下：

原因如下：

測試2：先fork再開啟文件

修改程式碼後，運行結果發生以下變化：

因為父子進程分開後，開啟了各自的文件，產生了各自的struct file，不再共享檔案偏移量。

在實際的應用場景中，我們更多地使用父進程打開的文件，子進程去訪問這種形式。

以上是Linux操作檔的底層系統怎麼調用的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！