Linux基础知识 - 文件管理相关系统编程

文件管理相关系统编程

重要文件标识

打开文件标识
O_RDONLY：只读方式打开

O_WRONLY：只写方式打开

O_RDWR：可读写方式打开

打开文件操作副标识
O_CREAT：若路径中文件不存在则创建,使用Open函数时需同时指定文件权限

O_EXCL：若与O_CREAT连用，检查文件是否已经存在，若不存在则建立文件存在则返回错误，这使创建和测试成为一个原子操作

O_APPEND：读写文件从文件尾部开始移动，所有写入数据都加入文件尾部

O_TRUNC：若文件存在并且可以写入，此标识会将源文件内容清空

O_NONBLOCK:如果打开或创建文件是管道文件，或一个块特殊文件，一个字符特殊文件，该表示代表后续操作非阻塞

文件权限标志
S_IRUSR：用户读权限

S_IWUSR:用户写权限

S_IXUSR：用户执行权限

S_IRWX：用户读写执行权限

S_IRGRP：用户组读权限

S_IWGRP：用户组写权限

S_IXGRP：用户组执行权限

S_IRWXG：用户组读写执行权限

S_IROTH:其他用户读权限

S_IWOTH:其他用户写权限

S_IXOTH:其他用户执行权限

S_IRWXO:其他用户读写执行权限

S_ISUID：SUID权限

S_ISGID：SGID权限

文件同步输入标识
O_SYNC:每次write都等到物理I/O完成才返回，包括文件属性更新I/O操作完成

O_DSYNC: 每次write都等到物理I/O完成才返回，不包括文件属性更新I/O操作完成

O_RSYNC:使每一个以文件描述符作为参数的read的参数等待，直到任何对文件同一部分进行的写操作都完成

重要函数

文件操作
open

用于打开或创建文件

Int open(文件路径，标识，权限标识)

文件路径：绝对路径与相对路径均可

标识：文件标识与操作副标识以及文件同步标识的结合结合

权限标识：是使用权限标识，也可用数字法标识

返回值：成功返回文件标识符.出错返回-1

creat

用于创建文件

int creat(文件路径, 权限标识)

返回值：成功返回文件标识符.出错返回-1

说明：以只写方式打开文件

close

用于关闭文件,当一个进程终止时，内核会自动关闭它打开的所有文件

int close(int fd)

返回值：成功返回0.出错返回-1

sleek

用于设置文件偏移量

off_tsleek(int fd,off_t offset,int whence)

若whence= SEEK_SET,设置当前偏移量为距离文件开始处offset字节

若whence= SEEK_CUR,设置当前偏移量为距离文件当前偏移处offset字节（offset可为正负）

若whence= SEEK_END,设置当前偏移量为文件长度加offset（offset可为正负）

返回值：成功返回新的文件偏移量，失败返回-1 （对于管道文件不能设置偏移文件，因此返回-1）

dup|dup2

复制一个现存的文件描述符

Int dup(intfd)

Int dup(intfd1,int fd2)

Fd1为复制的文件描述符源

Fd2为复制的文件描述符目的地

如果fd2文件为关闭应先关闭

返回值：成功返回新的文件描述符，失败返回-1

举例：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
int main() {
    int f = open("output", O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 0644);
    if (f == -1) {
        perror("文件创建失败！");
        return 0;
    }
    int newf = dup(f);
    write(f, "往文件里写输入！\n", 25);
    write(newf, "使用新的文件描述符！\n", 31);
    int oldInput = dup(STDOUT_FILENO);
    puts("使用标准输出到控制台");
    dup2(f, STDOUT_FILENO);
    puts("使用标准输出到文件");
    dup2(oldInput, STDOUT_FILENO);
    puts("还原标准输出到控制台");
    return 0;
}

控制台输出：

使用标准输出到控制台

还原标准输出到控制台

output文件内容：

往文件里写输入！

使用新的文件描述符！

使用标准输出到文件

fcnt1

改变已打开文件的文件性质

int fcntl (int fd, int cmd, ...);

主要功能：

1: 复制一个现有描述符：Cmd=F_DUPFD

2：获取/设置文件描述符标注cmd= F_GETFD或F_SETFD

3：获取/设置文件状态标注 cmd=F_GETFL或F_SETFL

4：获取/设置异步I/O所有权 cmd= F_GETOWN或F_SETOWN

5：获取/设置记录锁 cmd= F_GETLK或F_SETLK

Fcntl的文件状态标识

O_RDONLY

O_WRONLY

O_RDWR

O_APPENT

O_NONBLOCK

O_SYNC

O_DSYNC

O_FSYNC

说明：

1：由于 O_RDONLY，O_WRONLY，O_RDWR 只能同时存在一个，因此需要用O_ACCMODE取得访问屏蔽位

2：F_SETFL只能设置O_APPENT，O_NONBLOCK，O_SYNC，O_DSYNC，O_FSYNC

举例：

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
    int fd = open("fcnt", O_RDWR | O_APPEND|O_SYNC );
    printf("文件描述符=%d\n", fd);
    int flag = fcntl(fd, F_GETFL, 0);
    switch (flag & O_ACCMODE) {
    case O_RDWR:
        printf("O_RDWR\n");
        break;
    case O_RDONLY:
        printf("O_RDONLY\n");
        break;
    case O_WRONLY:
        printf("O_WRONLY\n");
        break;
    default:
        printf("default\n");
        break;
    }
    if (flag & O_APPEND) {
        printf("O_APPEND\n");
    }
#if defined (O_SYNC)
    if (flag & O_SYNC) {
        printf("O_SYNC\n");
    }
#endif
    if (flag & O_NONBLOCK) {
        printf("O_NONBLOCK\n");
    }
    close(1);
    fcntl(fd,F_DUPFD,1);
    puts("通过标准输出写到文件\n");
    return 0;
}

控制台输出

文件描述符=3

O_RDWR

O_APPEND

O_SYNC

sync|fsync|fdatasync

当数据写入文件时，内核通常先将数据复制到一个缓冲区中，如果该缓冲区尚未写满，则不将其排入输出队里，直到其写满或者内核需要使用这块缓冲区做其他使用，这种方式叫做延迟写

好处是，可以减少IO操作，但是带来的风险就是系统发生故障时，会造成数据的丢失

总结起来，数据写入文件分为以下3步：

1.写入缓冲区

2.缓冲区数据排入输出队里

3.将缓冲区数据写入磁盘

void sync (void)

将缓冲区排入输出队里后返回

int fsync (int __fd);

等待数据写入磁盘并且文件属性更新后返回

int fdatasync (int __fildes);

等待数据写入磁盘返回

access
测试实际用户是否有相应权限

int access (constchar *name, int mode)

mode:

R_OK:测试读权限

W_OK：测试写权限

X_OK：测试执行权限

F_OK：测试文件是否存在

文件链接

文件链接分为2种情况

1.硬链接：不会产生新的INODE,IBLOCK,只是在原有数据连接数上+1

不能跨文件系统使用

硬链接目录需要ROOT权限

2.软链接：产生的INODE,IBLOCK,新的IBLOCK记录链接的内容

可以跨文件系统使用

对于软链接来说，有些函数时直接作用链接文件本身，有些函数则跟随源文件链接到源文件

link|unlink
创建文件的硬链接

int link (constchar *__from, constchar *__to)

删除一个文件

int unlink (constchar *__name)

说明：对于硬链接来说unlink只是删除文件链接符，文件实际数据的连接数-1，如果为文件实际数据0则在所有进程关闭对此文件连接时删除

举例

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#define BUFFER_SIZE 409600
int printfilestat(int fd, struct stat *buf) {
    int results = fstat(fd, buf);
    if (results == -1) {
        perror("文件属性获取失败");
        return -1;
    }
    printf("文件连接数是=%d\n", buf->st_nlink);
    return 0;
}
int main() {
    int fd = open("linkfile",  O_RDWR, 0777);
    if (fd == -1) {
        perror("文件打开失败");
        return -1;
    }
    struct stat buf;
    printfilestat(fd, &buf);
    if (link("linkfile", "newlinkfile") == 0) {
        puts("链接文件创建成功");
    }
    printfilestat(fd, &buf);
    if (unlink("newlinkfile") == 0) {
        puts("newlinkfile文件删除成功");
    }
    printfilestat(fd, &buf);
    if (unlink("linkfile") == 0) {
        puts("linkfile文件删除成功");
    }
    printfilestat(fd, &buf);
    sleep(30);
    close(fd);
    puts("关闭文件！");
    sleep(-1);
    return 0;
}

控制台输出

文件连接数是=1

链接文件创建成功

文件连接数是=2

newlinkfile文件删除成功

文件连接数是=1

linkfile文件删除成功

文件连接数是=0

è虽然文件连接数为0 但是文件数据没有被删除，需要等待所有进程都close该文件才会被从磁盘删除

tkf@tkf:~/workspace/FileOperator$ ll linkfile ;df ./

-rwxrwxr-x 1 tkf tkf 4096005月9 16:34linkfile*

文件系统1K-blocks已用可用已用% 挂载点

/dev/sda128768380 17972780931121266% /

执行程序

tkf@tkf:~/workspace/FileOperator$ df ./

文件系统1K-blocks已用可用已用% 挂载点

/dev/sda128768380 17972784931120866% /

linkfile, newlinkfile文件符号连接删除，因此可用资源变多了

sleep(30)

tkf@tkf:~/workspace/FileOperator$df ./

文件系统1K-blocks已用可用已用% 挂载点

/dev/sda128768380 17972344931164866% /

执行了close,因此在无进程来接到数据，所以文件数据被释放，可用资源再一次变多了

symlink|readlink

创建一个软链接

int symlink (constchar *__from, constchar *__to)

返回值：成功返回0，失败返回-1

打开软链接文件

ssize_t readlink (constchar *__restrict __path,

char *__restrict __buf, size_t __len)

返回值：成功返回0，失败返回-1

文件状态和属性

获取文件状态
Int fstat(文件标识符，struct stat *buf)

Int lstat(文件路径，struct stat *buf)

Int stat(文件路径，struct stat *buf)

文件路径：绝对路径与相对路径均可

文件标识符：文件创建或打开时返回的文件标示符

struct stat *buf：文件属性结构体

返回值：成功返回0，失败返回-1

说明：stat和lstat的区别：当文件是一个符号链接时，lstat返回的是该符号链接本身的信息；而stat返回的是该链接指向的文件的信息

stat 结构体成员意义
struct stat {

 dev_t      st_dev;  文件所在设备的ID

ino_t      st_ino;  与该文件关联的inode

mode_t      st_mode; 

 nlink_t    st_nlink;  /* 链向此文件的连接数(硬连接)*/

uid_t      st_uid;  文件属主的UID号

gid_t      st_gid;    文件属主的GID号

dev_t      st_rdev;    设备号，针对设备文件

 off_t      st_size;    文件大小

 blksize_t  st_blksize; 系统块的大小(IO缓冲区适合大小)

 blkcnt_t    st_blocks; 文件所占块数

time_t      st_atime;

time_t      st_mtime; 

time_t      st_ctime; 

}

st_mode 标志

文件类型标志：

S_IFBLK：文件是一个特殊的块设备

S_IFDIR：文件是一个目录

S_IFCHR：文件是一个特殊的字符设备

S_IFIFO：文件是一个FIFO设备

S_IFREG：文件是一个普通文件（REG即使regular啦）

S_IFLNK：文件是一个符号链接

其他模式标志：

S_ISUID: 文件设置了SUID位

S_ISGID：文件设置了SGID位

S_ISVTX：文件设置了SBIT位

用于解释st_mode标志的掩码：

S_IFMT：文件类型

S_IRWXU：属主的读/写/执行权限，可以分成S_IXUSR,S_IRUSR, S_IWUSR

S_IRWXG：属组的读/写/执行权限，可以分成S_IXGRP,S_IRGRP, S_IWGRP

S_IRWXO：其他用户的读/写/执行权限，可以分为S_IXOTH,S_IROTH, S_IWOTH

确定文件类型

S_ISBLK：测试是否是特殊的块设备文件

S_ISCHR：测试是否是特殊的字符设备文件

S_ISDIR：测试是否是目录（我估计find .-type d的源代码实现中就用到了这个宏）

S_ISFIFO：测试是否是FIFO设备

S_ISREG：测试是否是普通文件

S_ISLNK：测试是否是符号链接

S_ISSOCK：测试是否是socket

文件权限

umask

设置文件权限屏蔽字

mode_t umask (mode_t __mask)

chmod|lchmod|fchmod

设置文件权限

int chmod (constchar * file, __mode_tmode)

int lchmod (constchar * file, __mode_tmode)

int fchmod (int fd, mode_tmode)

chown|fchown|lchown

设置文件所属用户及用户组

int chown (constchar *__file, __uid_t __owner, __gid_t__group)

int fchown (int __fd, __uid_t __owner, __gid_t __group) _

int lchown (constchar *__file, __uid_t __owner, __gid_t __group)

目录操作

创建目录
Int mkdir(路径，权限)

路径:绝对路径相对路径均可

权限:以数字形式表示的权限

返回值：成功返回0，失败返回-1

进入|获取工作目录

进入工作目录
Int chdir(路径)

路径:绝对路径相对路径均可

返回值：成功返回0，失败返回-1

Int fchdir(intfiledes)

返回值：成功返回0，失败返回-1

获取工作目录
char *getcwd (char *__buf, size_t __size)

返回值：当前工作目录

子目录流操作

打开目录，获得子目录流指针

DIR*opendir(char *name)

读取子目录

structdirent* readdir((DIR *dirp)

返回子目录流里的当前位置

longint telldir(DIR* drip)

设置子目录流的当前数据项指针

voidseekdir(DIR* drip,long int loc)

关闭子目录流

DIR*opendir(DIR* drip)

删除目录或文件

删除目录：int rmdir(路径)

删除文件：int unlink(路径)

返回值：成功返回1，失败返回-1

综合例子
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include<string.h>
#include<dirent.h>
#include<stdlib.h>
typedefenum {
    false = 0, true = 1
} bool;
voidprintFileInfo(struct stat* buf) {
    bool userall = false;
    printf("文件权限是:%o. 详细信息如下：\n", (buf->st_mode& 0x0fff));
    if (buf->st_mode& S_IRWXU) {
        userall = true;
        printf("所有者拥有读写执行权限\n");
    }
    if (buf->st_mode& S_IRWXG) {
        printf("用户组拥有读写执行权限\n");
    }
    if (buf->st_mode& S_IRWXO) {
        printf("其他人拥有读写执行权限\n");
    }
    if (userall) {
        if (buf->st_mode& S_IRUSR) {
            printf("所有者拥有读权限\n");
        }
        if (buf->st_mode& S_IWUSR) {
            printf("所有者拥有写权限\n");
        }
    }
    if (buf->st_mode& S_IFREG) {
        printf("文件是一个普通文件\n");
    }
    if (buf->st_mode& S_ISUID) {
        printf("文件设置了SUID权限\n");
    }
    if (buf->st_mode& S_ISGID) {
        printf("文件设置了GUID权限\n");
    }
    printf("UID=%d\n", buf->st_uid);
    printf("GID=%d\n", buf->st_gid);
    printf("占用block=%ld\n", buf->st_blocks);
    printf("block大小=%ld\n", buf->st_blksize);
    printf("最后访问时间=%ld\n", buf->st_atim.tv_sec);
    printf("最后状态更新时间=%ld\n", buf->st_ctim.tv_sec);
    printf("最后修改时间=%ld\n", buf->st_mtim.tv_sec);
}
intOpenFile(constchar *fpath) {
    unlink(fpath);
    int f = open(fpath, O_RDWR);
    if (f == -1) {
        f = creat(fpath, S_IWUSR | S_IRUSR);
        if (f != -1) {
            printf("创建一个文件\n");
        } else {
            printf("无法创建文件\n");
            return -1;
        }
    } else {
        printf("文件打开成功\n");
    }
    return f;
}
voidscan_dir(constchar* dir, int depth) {
    DIR *dp;
    struct dirent* entry;
    if ((dp = opendir(dir)) == NULL) {
        printf("无法打开目录:%s\n", dir);
        return;
    }
    struct stat statbuf;
    chdir(dir);
    while ((entry = readdir(dp)) != NULL) {
        constchar* name = entry->d_name;
        lstat(name, &statbuf);
        if (S_IFDIR & statbuf.st_mode) {
            if (strcmp(".", entry->d_name) == 0
                    || strcmp("..", entry->d_name) == 0) {
                continue;
            }
            printf("%*s%s:%o\n", depth, "", entry->d_name,
                    (statbuf.st_mode& 0x0fff));
            scan_dir(entry->d_name, depth + 4);
        } else {
            printf("%*s%s:%o\n", depth, "", entry->d_name,
                    (statbuf.st_mode& 0x0fff));
        }
    }
    chdir("..");
    closedir(dp);
}
intmain() {
    constchar *fpath = "test";
    int f = OpenFile(fpath);
    struct stat *buf = malloc(sizeof(struct stat));
    fstat(f, buf);
    printf("===================================================\n");
    printFileInfo(buf);
    printf("===================================================\n");
    close(f);
    sleep(1);
    chmod("test", 7777);
    printf("更改文件权限为7777\n");
    stat("test", buf);
    printf("===================================================\n");
    printFileInfo(buf);
    printf("===================================================\n");
    free(buf);
    printf("==================扫描文件夹============================\n");
    scan_dir("/home", 0);
    umask(0011);
    mkdir("/tmp/mydir", 0777);
    creat("/tmp/mydir/myfile", 0777);
    printf("==================扫描文件夹==========================\n");
    scan_dir("/tmp/mydir", 0);
    chdir("/tmp");
    unlink("mydir/myfile");
    rmdir("mydir");
    return 0;
}

执行结果

创建一个文件

===================================================

文件权限是:600. 详细信息如下：

所有者拥有读写执行权限

所有者拥有读权限

所有者拥有写权限

文件是一个普通文件

UID=0

GID=0

占用block=8

block大小=4096

最后访问时间=1397539372

最后状态更新时间=1397539372

最后修改时间=1397539372

===================================================

更改文件权限为7777

===================================================

文件权限是:7141. 详细信息如下：

所有者拥有读写执行权限

用户组拥有读写执行权限

其他人拥有读写执行权限

文件是一个普通文件

文件设置了SUID权限

文件设置了GUID权限

UID=0

GID=0

占用block=8

block大小=4096

最后访问时间=1397539372

最后状态更新时间=1397539373

最后修改时间=1397539372

===================================================

==================扫描文件夹============================

.bashrc:644

.bash_logout:644

.mozilla:755

extensions:755

plugins:755

.nautilus:755

metafiles:700

目录创建成功

文件创建成功

==================扫描文件夹==========================

myfile:766

文件删除成功

目录删除成功