linux系统编程1-文件IO

2025-03-14

文件读写相关函数

主要头文件为 fcntl.h 和 unistd.h。

函数名	函数作用说明
文件读写相关函数
`open()`	打开/创建文件
`read()`	读取文件
`write()`	写入文件
`close()`	关闭文件
`lseek()`	修改文件指针位置
文件权限与属性操作
`chmod()`	更改文件权限（如 `chmod 755 file`）
`chown()`	更改文件所有者和组
`stat()`	获取文件的详细信息（大小、类型、权限等）
`fstat()`	获取已打开文件的属性（比 `stat` 快）
`access()`	检测文件是否存在、是否可读写执行
文件复制 / 重命名 / 删除 / 创建目录
`rename()`	重命名文件
`unlink()`	删除文件（等价于 `rm`）
`remove()`	删除文件或空目录
`mkdir()`	创建目录
`rmdir()`	删除空目录
文件描述符控制
`dup()` / `dup2()`	复制文件描述符（常用于重定向）
`fcntl()`	控制文件描述符属性（如非阻塞 IO、加锁等）
`ioctl()`	设备控制接口（底层操作）
文件锁相关
`flock()`	文件级别锁
`fcntl()`	支持记录锁（对 `read`/`write` 区域加锁）
内存映射文件（高性能 I/O）
`mmap()`	将文件映射到内存，实现高效读取/写入
`munmap()`	解除映射
`msync()`	将内存中的更改同步到磁盘
异步与非阻塞 I/O（高级）
`select()`	多路复用（经典方式）
`poll()`	多路复用（更现代）
`epoll_*()`	高性能 IO 事件通知（Linux 专属）
`aio_*()`	异步 IO 系列函数（如 `aio_read()`）
临时文件与随机访问
`tmpfile()`	创建匿名临时文件
`pread()` / `pwrite()`	支持带偏移量的读写（线程安全）

`open()` 函数

函数原型

1 2	int open(const char pathname, int flags); int open(const char pathname, int flags, mode_t mode); // 创建文件时需要指定权限

参数说明

pathname：文件路径，例如 “./test.txt”。或者直接给文件名的字符串，将在当前路径打开/创建该文件

flags：打开方式（必须指定），可选如下组合：

标志常量	含义
O_RDONLY	只读方式打开
O_WRONLY	只写方式打开
O_RDWR	可读可写方式打开
O_CREAT	如果文件不存在则创建文件
O_EXCL	与 O_CREAT 一起使用，确保创建
O_APPEND	每次写入追加到文件末尾
O_TRUNC	打开文件时清空原有内容
O_NONBLOCK	非阻塞方式打开文件
O_SYNC	同步写入（立即写入磁盘）

mode：文件权限（仅在使用 O_CREAT 时需要），如 0666，是 Linux 中的权限掩码（掩码会受 umask 影响）。
返回值
成功：返回文件描述符（非负整数），用于后续 read() / write() / close() 操作。
失败：返回 -1，并设置 errno。

`read()` 函数

函数原型
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
参数分析：

fd: 要读取的文件描述符。可以是通过 open() 打开的文件，也可以是其他 I/O 流。
buf: 存放读取内容的缓冲区指针。
count: 要读取的字节数。
返回值分析：
成功时，返回读取的字节数。可能小于 count，表示文件末尾（EOF）。
失败时，返回 -1，并设置 errno，表明错误。

`write()` 函数

函数原型
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
参数分析：

fd: 要写入的文件描述符。
buf: 存放要写入内容的缓冲区指针。
count: 要写入的字节数。
返回值分析：
成功时，返回写入的字节数。可能小于 count，如果该文件是 O_APPEND 打开的，写入位置可能会改变。
失败时，返回 -1，并设置 errno，表明错误。

`close()` 函数

函数原型
int close(int fd);
参数分析：

fd: 要关闭的文件描述符。
返回值分析：
成功时，返回 0。
失败时，返回 -1，并设置 errno，表明错误。

`lseek()` 函数

函数原型
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
参数分析：

fd: 文件描述符，指定要操作的文件。
offset: 偏移量，表示从当前位置开始的字节数。
whence: 偏移的起始位置，可以是以下值之一：
- SEEK_SET: 从文件开头计算偏移。
- SEEK_CUR: 从当前位置计算偏移。
- SEEK_END: 从文件末尾计算偏移。
  返回值分析：
成功时，返回新的文件指针位置（即从文件开头的字节偏移量）。
失败时，返回 -1，并设置 errno，表明错误。

综合示例–文件拷贝

执行 ./test [拷贝的文件地址] 将拷贝该文件，并打印源文件和拷贝文件的大小

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

int main(int argc,char* argv[]){

    if(argc != 2){
            printf("argc need file ");
            return -1;
    }

    int fd = -1,fd_copy = -1;
    char* filename = argv[1];
    char filename_copy[20];
    sprintf(filename_copy,"%s.copy",filename);

    if((fd = open(filename,O_RDWR|O_CREAT,0666)) == -1){
            printf("open or create file 2 error");
            return -1;
    }

    if((fd_copy = open(filename_copy,O_RDWR|O_CREAT,0666)) == -1){
            printf("open or create file 2 error");
            return -1;
    }

    lseek(fd,0,SEEK_SET);
    int re = 0,copysize = 0;
    char readbuf[10] = {0};

    while((re = read(fd,readbuf,10)) > 0){

            if(write(fd_copy,readbuf,re) != re){
                    printf("write error");
                    return -1;
            }
            copysize += re;
            printf("write content: %s\n ",readbuf);
    }

//      lseek(fd,0,SEEK_SET);
    int filesize = lseek(fd,0,SEEK_END);

    printf("file size :%d,copy size :%d\n",filesize,copysize);
    close(fd);
    return 0;
}

进程管理相关函数

函数名	函数作用及说明
`fork()`	用于创建一个子进程。父进程和子进程的代码会同时执行。返回值：在父进程中返回子进程的 PID，在子进程中返回 0。
`exec()`	用于执行一个程序，替换当前进程的映像。常见的有 `execlp()`, `execvp()` 等变种。返回值：成功时不返回，失败时返回 -1。
`wait()`	父进程调用，等待子进程结束。返回值：子进程的 PID，或 `-1`（如果没有子进程或出错）。
`exit()`	用于终止当前进程的执行，并返回一个退出状态码。返回值：无，进程结束后，操作系统会处理退出状态码。

`fork()` 函数

函数原型
pid_t fork(void);
返回值分析

成功时，父进程返回子进程的 PID（大于 0），子进程返回 0。
失败时，返回 -1，且 errno 被设置为错误码。
说明
fork() 用于创建一个子进程。调用该函数后，父进程和子进程会从 fork() 处继续执行。父进程返回子进程的 PID，子进程返回 0。父子进程拥有各自的地址空间，文件描述符等资源的副本，但它们共享某些资源（如打开的文件描述符）。

`exec()` 函数系列

函数原型

1 2	int execl(const char path, const char arg, ... /* (char ) NULL /); int execp(const char path, const char arg, ... /* (char ) NULL /);

参数分析

path：要执行的程序的路径。
arg：传递给程序的参数列表，参数以 NULL 结尾。
返回值分析
成功时，exec() 不会返回，因为调用的程序会替换当前进程的映像。
失败时，返回 -1，errno 会设置为错误码。
说明
exec() 函数族用于加载和执行一个新的程序，替换当前进程的映像。常见的变种包括 execlp(), execvp() 等，它们在路径查找和参数传递上有所不同。

`wait()` 函数

函数原型
pid_t wait(int *status);
参数分析

status：指向整数的指针，用于接收子进程的退出状态码。
返回值分析
成功时，返回已退出的子进程的 PID。
失败时，返回 -1，并设置 errno。
说明
wait() 函数用于父进程等待子进程终止。该函数会阻塞父进程，直到某个子进程退出或收到某些信号。status 用来存储子进程的退出状态码，父进程可以通过该值判断子进程的结束方式（正常退出或异常退出）。

`exit()` 函数

函数原型
void exit(int status);
参数分析

status：进程的退出状态码，通常是整数值，表示进程的退出状态。
返回值分析
无返回值，调用该函数后，进程将终止。
说明
exit() 用于终止当前进程的执行。退出状态码会传递给父进程，通常用于标识进程的结束情况（如成功、失败等）。调用 exit() 后，操作系统会清理进程资源并关闭文件描述符。

综合示例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0) {
        printf("this is child process\n");
        execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
        perror("execlp error");
        exit(-1);
    } else if (pid > 0) {
        printf("this is father process\n");
        int status = 0;
        wait(&status);
        printf("child process exit status: %d\n", status);
    } else {
        perror("create process error");
    }

    return 0;
}

信号处理相关函数

头文件 signal.h

函数名	函数作用及说明
`signal()`	设置信号的处理方式，如自定义处理函数、忽略信号或默认处理。
`kill()`	向指定进程或进程组发送信号，可用于终止进程、发送自定义信号等。
`alarm()`	设置一个定时器，若到达设定的秒数则发送 `SIGALRM` 信号给当前进程。
`pause()`	使进程挂起，直到接收到一个信号并且该信号的处理函数执行完毕。

`signal()` 函数

函数原型
void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);
参数分析

signum：要捕捉或处理的信号编号，如 SIGINT、SIGTERM 等。
handler：信号处理函数的指针，也可以是 SIG_IGN（忽略信号）或 SIG_DFL（默认处理）。
返回值分析
返回前一次为该信号设置的处理函数指针。如果出错，返回 SIG_ERR。

`kill()` 函数

函数原型
int kill(pid_t pid, int sig);
参数分析

pid：目标进程 ID，或 0（当前进程组）、-1（所有进程）等特殊值。
sig：要发送的信号编号，如 SIGINT、SIGKILL。
返回值分析
成功返回 0
失败返回 -1，并设置 errno。

`alarm()` 函数

函数原型
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
参数分析

seconds：在多少秒后触发 SIGALRM 信号。如果设为 0，则取消之前的 alarm。
返回值分析
返回之前设置的还剩多少秒的 alarm，如果没有则为 0。

`pause()` 函数

函数原型
int pause(void);
参数分析

无参数。进程会挂起，直到捕捉到信号并从信号处理函数返回。
返回值分析
永远返回 -1，并将 errno 设置为 EINTR（被信号中断）。

综合示例

1、

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void sig_handle(int sig) {
    printf("Alarm triggered!\n");
}

int main() {
    signal(SIGALRM, sig_handle);
    alarm(3);      // 设置 3 秒后触发 SIGALRM
    pause();       // 等待信号
    return 0;
}

2、

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

#include <signal.h>

int mysig = 0;
void sighandle(int sig){
    mysig = 1;
}

int main(int arg,char* argv[]){

    pid_t pid = fork();

    if(pid == 0){
        printf("this is child process\n");

        int cnt = 0;

        signal(SIGINT,sighandle);
        while(1){
            if(mysig){
                mysig = 0;
                printf("Receive Ctrl+c\n");
            }
            printf("running:%d\n",cnt++);
            sleep(1);
            if(cnt == 13)exit(0);
        }
    }
    else if(pid>0){
        printf("this is father process\n");
        signal(SIGINT, SIG_IGN);
        sleep(5);
        printf("father:send signal stop\n");
        kill(pid,SIGSTOP);

        sleep(5);
        printf("father:send signal continue\n");
        kill(pid,SIGCONT);

        int statue = 0;
        wait(&statue);
        printf("child process exit statue:%d\n",statue);
    }
    else{
        perror("create process error\n");
    }
    return 0;
}

文件读写相关函数

open() 函数

read() 函数

write() 函数

close() 函数

lseek() 函数

综合示例–文件拷贝

进程管理相关函数

fork() 函数

exec() 函数系列

wait() 函数

exit() 函数

综合示例

信号处理 相关函数

signal() 函数

kill() 函数

alarm() 函数

pause() 函数

综合示例

`open()` 函数

`read()` 函数

`write()` 函数

`close()` 函数

`lseek()` 函数

`fork()` 函数

`exec()` 函数系列

`wait()` 函数

`exit()` 函数

信号处理相关函数

`signal()` 函数

`kill()` 函数

`alarm()` 函数

`pause()` 函数