C语言系统调用linux文件系统

在C语言中，open、write和read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fopen、fwrite和fread）。

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);
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• 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:

   • 与 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);
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• 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);
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• 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);
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• 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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