深入理解Linux底层文件操作：write、read、open、close、lseek和ioctl命令详解
文章目录
- 深入理解Linux底层文件操作：write、read、open、close、lseek和ioctl命令详解
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- 1. write 系统调用
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- 1.1 功能概述
- 1.2 用法
- 1.3 返回值
- 1.4 注意事项
- 2. read 系统调用
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- 2.1 功能概述
- 2.2 用法
- 2.3 返回值
- 2.4 注意事项
- 3. open 系统调用
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- 3.1 功能概述
- 3.2 用法
- 3.3 返回值
- 3.4 打开方式
- 3.5 权限设置
- 4. close 系统调用
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- 4.1 功能概述
- 4.2 用法
- 4.3 返回值
- 4.4 注意事项
- 5. lseek 系统调用
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- 5.1 功能概述
- 5.2 用法
- 5.3 返回值
- 5.4 注意事项
- 6. ioctl 系统调用
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- 6.1 功能概述
- 6.2 用法
- 6.3 参数说明
- 总结
深入理解Linux底层文件操作：write、read、open、close、lseek和ioctl命令详解
在Linux中，文件操作是开发中至关重要的一部分。Linux通过一系列的底层系统调用为文件操作提供支持，这些系统调用不仅涉及文件的读取和写入，还涵盖了文件位置的控制以及设备的管理。本文将详细介绍几个常见的文件操作系统调用：write、read、open、close、lseek 和 ioctl，并结合代码示例进行深入讲解，帮助开发者更好地理解和使用这些底层文件操作命令。
1. write 系统调用
1.1 功能概述
write 是Linux中的一个底层文件写操作系统调用，它用于将数据从缓冲区写入文件。它直接操作文件描述符，能够把数据写入到标准输出（stdout）、标准错误（stderr）或任何其他文件。
1.2 用法
#include #include #include #include int main(void) { char buffer[] = \"hello world\\n\"; int len = write(1, buffer, sizeof(buffer)); if(len < 0){ printf(\"write to stdout failed. reason: %s\\n\", strerror(errno)); } else { printf(\"write %d bytes.\\n\", len); } return 0;}1.3 返回值
- 成功：返回实际写入的字节数。
- 失败：返回
-1，此时可以通过errno查看具体的错误信息。
1.4 注意事项
write是从文件的当前指针位置开始写入数据。如果文件是刚打开的，文件指针会指向文件的头部，写入操作会从头开始。- 可以用于写入标准输出和标准错误输出。
2. read 系统调用
2.1 功能概述
read 是Linux中用于从文件中读取数据的系统调用。它将从指定的文件描述符中读取数据，并将数据存储到指定的缓冲区中。这个系统调用通常用于从文件、终端等设备中获取输入。
2.2 用法
#include #include #include int main(void) { char buffer[1024]; int cnt = read(0, buffer, sizeof(buffer)); // 从标准输入读取 if (cnt > 0) { write(1, buffer, cnt); // 输出到标准输出 } return 0;}2.3 返回值
- 大于
0：表示实际读取的字节数。 - 等于
0：表示已到达文件尾部，表示文件读取完毕。 - 小于
0：表示发生了错误，可以通过errno获取具体的错误信息。
2.4 注意事项
read的第三个参数表示最多能读取的字节数，但实际读取字节数可以小于这个值。如果文件较短或者文件指针指向文件的末尾，实际读取的字节数可能会小于请求读取的字节数。
3. open 系统调用
3.1 功能概述
open 系统调用用于打开文件并返回文件描述符，这个文件描述符是后续所有文件操作的基础。它可以用来指定文件的打开模式、权限等。
3.2 用法
#include #include #include #include int main(void) { int fd = open(\"test.txt\", O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); if(fd < 0){ printf(\"open file failed. reason: %s\\n\", strerror(errno)); exit(-1); } close(fd); return 0;}3.3 返回值
- 成功：返回文件描述符，值为一个非负整数。
- 失败：返回
-1，此时可以通过errno获取具体的错误信息。
3.4 打开方式
O_RDONLY：只读模式打开文件。O_WRONLY：只写模式打开文件。O_RDWR：读写模式打开文件。O_CREAT：如果文件不存在，则创建文件。如果文件已存在，则打开文件。O_EXCL：如果与O_CREAT一起使用且文件已存在，则返回错误。O_APPEND：以追加模式打开文件，文件写入操作总是从文件末尾开始。O_TRUNC：如果文件已经存在且成功打开，则将文件内容截断为零长度。
3.5 权限设置
open 函数的第三个参数用于设置文件权限，特别是当使用 O_CREAT 创建新文件时。常见的权限设置常量包括：
S_IRUSR：文件所有者可读。S_IWUSR：文件所有者可写。S_IXUSR：文件所有者可执行。- 权限通常采用八进制表示，例如
0600表示文件所有者可读可写，其他用户没有任何权限。
4. close 系统调用
4.1 功能概述
close 用于关闭已打开的文件描述符，释放文件资源。文件描述符被关闭后，其他进程或线程无法再使用该描述符。
4.2 用法
#include #include #include int main(void) { int fd = open(\"test.txt\", O_CREAT | O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR); if(fd < 0) { perror(\"Failed to open file\"); return -1; } close(fd); // 关闭文件 return 0;}4.3 返回值
- 成功：返回
0。 - 失败：返回
-1，此时可以通过errno获取具体的错误信息。
4.4 注意事项
- 关闭文件描述符后，可以重新分配文件描述符。因此，应该在文件操作结束后立即关闭文件描述符，释放资源。
5. lseek 系统调用
5.1 功能概述
lseek 系统调用用于更改文件的读写指针位置。它允许开发者在文件中随意定位指定位置，以便进行读取或写入操作。
5.2 用法
#include #include #include int main(void) { int fd = open(\"test.txt\", O_RDONLY); if(fd < 0){ perror(\"Failed to open file\"); return -1; } off_t file_size = lseek(fd, 0, SEEK_END); // 获取文件大小 printf(\"File size: %ld bytes\\n\", file_size); close(fd); return 0;}5.3 返回值
- 成功：返回新的文件指针位置，即当前文件头到文件指针的偏移量。
- 失败：返回
-1，并将errno设置为错误码。
5.4 注意事项
SEEK_SET：从文件开头开始偏移。SEEK_CUR：从当前指针位置开始偏移。SEEK_END：从文件末尾开始偏移。
6. ioctl 系统调用
6.1 功能概述
ioctl 是一个用于控制设备的系统调用。它是Linux中设备驱动程序用于与硬件设备进行交互的接口函数。通过 ioctl，我们可以配置设备的工作参数，如串口的波特率、硬盘的传输速率等。
6.2 用法
#include #include #include #include int main(void) { int fd = open(\"/dev/ttyS0\", O_RDWR); if(fd < 0){ perror(\"Failed to open device\"); return -1; } int cmd = TIOCGWINSZ; // 获取窗口大小的命令 ioctl(fd, cmd, NULL); // 执行ioctl命令 close(fd); return 0;}6.3 参数说明
fd：设备的文件描述符，通过open打开设备文件后得到。cmd：控制命令，用于指定设备的控制操作。arg：根据控制命令的不同，可能需要传递一些额外的参数。
总结
通过本文的讲解，我们详细探讨了 write、read、open、close、lseek 和 ioctl 这些底层文件操作系统调用。每个系统调用都具有其独特的功能和用途，掌握它们的用法对于编写高效的文件操作程序至关重要。理解这些系统调用的细节将帮助你更好地进行文件管理、设备控制以及性能优化。希望本文的内容对你理解Linux的文件操作有所帮助。
