系统运维
781
每个系统都有自己的专属函数，我们习惯称其为系统函数。
系统函数并不是内核函数，因为内核函数是不允许用户使用的，系统函数就充当了二者之间的桥梁，这样用户就可以间接的完成某些内核操作了。
在前面介绍了文件描述符，在Linux系统中必须要使用系统提供的IO函数才能基于这些文件描述符完成对相关文件的读写操作。这些Linux系统IO函数和标准C库的IO函数使用方法类似，函数名称也类似
1. open/close
1.1 函数原型
通过open函数我们即可打开一个磁盘文件，如果磁盘文件不存在还可以创建一个新的的文件
//函数原型 #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> /* open是一个系统函数, 只能在linux系统中使用, windows不支持 fopen 是标准c库函数, 一般都可以跨平台使用, 可以这样理解: - 在linux中 fopen底层封装了Linux的系统API open - 在window中, fopen底层封装的是 window 的 api */ // 打开一个已经存在的磁盘文件 int open(const char *pathname, int flags); // 打开磁盘文件, 如果文件不存在, 就会自动创建 int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
参数介绍:
- pathname: 被打开的文件的文件名
- flags: 使用什么方式打开指定的文件，这个参数对应一些宏值，需要根据实际需求指定
-
必须要指定的属性, 以下三个属性不能同时使用, 只能任选其一-
O_RDONLY: 以只读方式打开文件 -
O_WRONLY: 以只写方式打开文件 -
O_RDWR: 以读写方式打开文件
-
-
可选属性, 和上边的属性一起使用-
O_APPEND: 新数据追加到文件尾部, 不会覆盖文件的原来内容 -
O_CREAT: 如果文件不存在, 创建该文件, 如果文件存在什么也不做 -
O_EXCL: 检测文件是否存在, 必须要和O_CREAT一起使用, 不能单独使用:O_CREAT|O_EXCL- 检测到文件不存在, 创建新文件
- 检测到文件已经存在, 创建失败, 函数直接返回-1（如果不添加这个属性，不会返回-1）
-
-
- mode: 在创建新文件的时候才需要指定这个参数的值，用于指定新文件的权限，这是一个八进制的整数
- 这个参数的最大值为：0777
- 创建的新文件对应的最终实际权限, 计算公式:
(mode & ~umask)- umask 掩码可以通过 umask 命令查看
$ umask 0002
假设 mode 参数的值为 0777, 通过计算得到的文件权限为 0775
# umask(文件掩码): 002(八进制) = 000000010 (二进制) # ~umask(掩码取反): ~000000010 (二进制) = 111111101 (二进制) # 参数mode指定的权限为: 0777(八进制) = 111111111(二进制) # 计算公式: mode & ~umask 111111111 & 111111101 ------------------ 111111101 二进制 ------------------ mod=0775 八进制
- 返回值:
- 成功: 返回内核分配的文件描述符, 这个值被记录在内核的文件描述符表中，这是一个大于0的整数
- 失败: -1
1.2 close函数原型
通过open函数可以让内核给文件分配一个文件描述符, 如果需要释放这个文件描述符就需要关闭文件。对应的这个系统函数叫做 close
//函数原型 #include <unistd.h> int close(int fd);
- 函数参数: fd 是文件描述符, 是open() 函数的返回值
- 函数返回值: 函数调用成功返回值 0, 调用失败返回 -1
1.3 打开已存在文件
我们可以使用
open()函数打开一个本地已经存在的文件, 假设我们想要读写这个文件, 操作代码如下:
// open.c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> int main() { // 打开文件 int fd = open("abc.txt", O_RDWR); if(fd == -1) { printf("打开文件失败\n"); } else { printf("fd: %d\n", fd); } close(fd); return 0; }
编译并执行程序
$ gcc open.c $ ./a.out fd: 3 # 打开的文件对应的文件描述符值为 3
1.4 创建新文件
如果要创建一个新的文件，还是使用
open函数，只不过需要添加O_CREAT属性, 并且给新文件指定操作权限。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> int main() { // 创建新文件 int fd = open("./new.txt", O_CREAT|O_RDWR, 0664); if(fd == -1) { printf("打开文件失败\n"); } else { printf("创建新文件成功, fd: %d\n", fd); } close(fd); return 0; }
$ gcc open1.c $ ./a.out 创建新文件成功, fd: 3
假设在创建新文件的时候, 给 open 指定第三个参数指定新文件的操作权限, 文件也是会被创建出来的, 只不过新的文件的权限可能会有点奇怪, 这个权限会随机分配而且还会出现一些特殊的权限位, 如下:
$ $ ll new.txt -r-x--s--T 1 robin robin 0 Jan 30 16:17 new.txt* # T 就是一个特殊权限
1.5 文件状态判断
在创建新文件的时候我们还可以通过
O_EXCL进行文件的检测, 具体处理方式如下:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> int main() { // 创建新文件之前, 先检测是否存在 // 文件存在创建失败, 返回-1, 文件不存在创建成功, 返回分配的文件描述符 int fd = open("./new.txt", O_CREAT|O_EXCL|O_RDWR); if(fd == -1) { printf("创建文件失败, 已经存在了, fd: %d\n", fd); } else { printf("创建新文件成功, fd: %d\n", fd); } close(fd); return 0; }
编译并执行程序:
$ gcc open1.c $ ./a.out 创建文件失败, 已经存在了, fd: -1
2. read/write
2.1 read
read 函数用于读取文件内部数据，在通过 open 打开文件的时候需要指定读权限
//函数原型 #include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
- 参数:
-
fd: 文件描述符, open() 函数的返回值, 通过这个参数定位打开的磁盘文件 -
buf: 是一个传出参数, 指向一块有效的内存, 用于存储从文件中读出的数据-
传出参数: 类似于返回值, 将变量地址传递给函数, 函数调用完毕, 地址中就有数据了
-
-
count: buf指针指向的内存的大小, 指定可以存储的最大字节数
-
- 返回值:
- 大于0: 从文件中读出的字节数，读文件成功
- 等于0: 代表文件读完了，读文件成功
- -1: 读文件失败了
2.2 write
write 函数用于将数据写入到文件内部，在通过 open 打开文件的时候需要指定写权限
//函数原型 #include <unistd.h> ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
- 参数:
-
fd: 文件描述符, open() 函数的返回值, 通过这个参数定位打开的磁盘文件 -
buf: 指向一块有效的内存地址, 里边有要写入到磁盘文件中的数据 -
count: 要往磁盘文件中写入的字节数, 一般情况下是buf字符串的长度,strlen(buf)
-
- 返回值:
- 大于0: 成功写入到磁盘文件中的字节数
- -1: 写文件失败了
2.3 文件拷贝
假设有一个比较大的磁盘文件, 打开这个文件得到文件描述符
fd1，然后在创建一个新的磁盘文件得到文件描述符fd2, 在程序中通过fd1将文件内容读出，并通过fd2将读出的数据写入到新文件中。
// 文件的拷贝 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> int main() { // 1. 打开存在的文件english.txt, 读这个文件 int fd1 = open("./english.txt", O_RDONLY); if(fd1 == -1) { perror("open-readfile"); return -1; } // 2. 打开不存在的文件, 将其创建出来, 将从english.txt读出的内容写入这个文件中 int fd2 = open("copy.txt", O_WRONLY|O_CREAT, 0664); if(fd2 == -1) { perror("open-writefile"); return -1; } // 3. 循环读文件, 循环写文件 char buf[4096]; int len = -1; while( (len = read(fd1, buf, sizeof(buf))) > 0 ) { // 将读到的数据写入到另一个文件中 write(fd2, buf, len); } // 4. 关闭文件 close(fd1); close(fd2); return 0; }
3. lseek
系统函数 lseek 的功能是比较强大的, 我们既可以通过这个函数移动文件指针, 也可以通过这个函数进行文件的拓展。
//函数原型 #include <sys/types.h> #include <unistd.h> off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
- 参数:
- fd: 文件描述符, open() 函数的返回值, 通过这个参数定位打开的磁盘文件
- offset: 偏移量，需要和第三个参数配合使用
- whence: 通过这个参数指定函数实现什么样的功能
- SEEK_SET: 从文件头部开始偏移 offset 个字节
- SEEK_CUR: 从当前文件指针的位置向后偏移offset个字节
- SEEK_END: 从文件尾部向后偏移offset个字节
- 返回值:
- 成功: 文件指针从头部开始计算总的偏移量
- 失败: -1
3.1 移动文件指针
通过对 lseek 函数第三个参数的设置, 经常使用该函数实现如下几个功能
- 文件指针移动到文件头部
lseek(fd, 0, SEEK_SET);
- 得到当前文件指针的位置
lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
- 得到文件总大小
lseek(fd, 0, SEEK_END);
3.2 文件拓展
假设使用一个下载软件进行一个大文件下载，但是磁盘很紧张，如果不能马上将文件下载到本地，磁盘空间就可能被其他文件占用了，导致下载软件下载的文件无处存放。那么这个文件怎么解决呢？
我们可以在开始下载的时候先进行文件拓展，将一些字符写入到目标文件中，让拓展的文件和即将被下载的文件一样大，这样磁盘空间就被成功抢到手，软件就可以下载对应的文件了。
使用 lseek 函数进行文件拓展必须要满足一下条件：
文件指针必须要偏移到文件尾部之后， 多出来的就需要被填充的部分。 文件拓展之后，必须要使用 write()函数进行一次写操作（写什么都可以，没有字节数要求）。
文件拓展举例：
// lseek.c // 拓展文件大小 #include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> int main() { int fd = open("hello.txt", O_RDWR); if(fd == -1) { perror("open"); return -1; } // 文件拓展, 一共增加了 1001 个字节 lseek(fd, 1000, SEEK_END); write(fd, " ", 1); close(fd); return 0; }
查看执行执行的效果
# 编译程序 $ gcc lseek.c # 查看目录文件信息 $ ll -rwxrwxr-x 1 robin robin 8808 May 6 2019 a.out* -rwxrwxr-x 1 robin robin 1013 May 6 2019 hello.txt* -rw-rw-r-- 1 robin robin 299 May 6 2019 lseek.c # 执行程序, 拓展文件 $ ./a.out # 在查看目录文件信息 $ ll -rwxrwxr-x 1 robin robin 8808 May 6 2019 a.out* -rwxrwxr-x 1 robin robin 2014 Jan 30 17:39 hello.txt* # 大小从 1013 -> 2014, 拓展了1001字节 -rw-rw-r-- 1 robin robin 299 May 6 2019 lseek.c
4. truncate/ftruncate
truncate/ftruncate 这两个函数的功能是一样的，可以对文件进行拓展也可以截断文件。 使用这两个函数拓展文件比使用lseek要简单
// 函数原型 // 拓展文件或截断文件 #include <unistd.h> #include <sys/types.h> int truncate(const char *path, off_t length); int ftruncate(int fd, off_t length);
- 参数：
- path: 要拓展/截断的文件的文件名
- fd: 文件描述符, open() 得到的
- length: 文件的最终大小
- 文件原来size > length，文件被截断, 尾部多余的部分被删除, 文件最终长度为length
- 文件原来size < length，文件被拓展, 文件最终长度为length
- 返回值: 成功返回0; 失败返回值-1
truncate() 和 ftruncate() 两个函数的区别在于一个使用文件名一个使用文件描述符操作文件, 功能相同。 不管是使用这两个函数还是使用 lseek() 函数拓展文件，文件尾部填充的字符都是 0。
5. perror
在查看Linux系统函数的时候, 我们可以发现一个规律: 大部分系统函数的返回值都是整形，并且通过这个返回值来描述系统函数的状态（调用是否成功了） 在man文档中关于系统函数的返回值大部分时候都是这样描述的：
RETURN VALUE On success, zero is returned. On error, -1 is returned, and errno is set appropriately. 如果成功，则返回0。出现错误时，返回-1，并给errno设置一个适当的值。
errno是一个全局变量，只要调用的Linux系统函数有异常（返回-1)错误对应的错误号就会被设置给这个全局变量。 这个错误号存储在系统的两个头文件中：/usr/include/asm-generic/errno-base.h/usr/include/asm-generic/errno.h
得到错误号，去查询对应的头文件是非常不方便的，我们可以通过 perror 函数将错误号对应的描述信息打印出来
#include <stdio.h> // 参数, 自己指定这个字符串的值就可以, 指定什么就会原样输出, 除此之外还会输出错误号对应的描述信息 void perror(const char *s);
举例: 使用 perrno 打印错误信息
// open.c #include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> int main() { int fd = open("hello.txt", O_RDWR|O_EXCL|O_CREAT, 0777); if(fd == -1) { perror("open"); return -1; } close(fd); return 0; }
编译并执行程序
$ gcc open.c $ ./a.out open: File exists # 通过 perror 输出的错误信息
6. 错误号
为了方便查询, 特将全局变量 errno 和错误信息描述的对照关系贴出:
6.1 Part1
信息来自头文件: /usr/include/asm-generic/errno-base.h
#define EPERM 1 /* Operation not permitted */ #define ENOENT 2 /* No such file or directory */ #define ESRCH 3 /* No such process */ #define EINTR 4 /* Interrupted system call */ #define EIO 5 /* I/O error */ #define ENXIO 6 /* No such device or address */ #define E2BIG 7 /* Argument list too long */ #define ENOEXEC 8 /* Exec format error */ #define EBADF 9 /* Bad file number */ #define ECHILD 10 /* No child processes */ #define EAGAIN 11 /* Try again */ #define ENOMEM 12 /* Out of memory */ #define EACCES 13 /* Permission denied */ #define EFAULT 14 /* Bad address */ #define ENOTBLK 15 /* Block device required */ #define EBUSY 16 /* Device or resource busy */ #define EEXIST 17 /* File exists */ #define EXDEV 18 /* Cross-device link */ #define ENODEV 19 /* No such device */ #define ENOTDIR 20 /* Not a directory */ #define EISDIR 21 /* Is a directory */ #define EINVAL 22 /* Invalid argument */ #define ENFILE 23 /* File table overflow */ #define EMFILE 24 /* Too many open files */ #define ENOTTY 25 /* Not a typewriter */ #define ETXTBSY 26 /* Text file busy */ #define EFBIG 27 /* File too large */ #define ENOSPC 28 /* No space left on device */ #define ESPIPE 29 /* Illegal seek */ #define EROFS 30 /* Read-only file system */ #define EMLINK 31 /* Too many links */ #define EPIPE 32 /* Broken pipe */ #define EDOM 33 /* Math argument out of domain of func */ #define ERANGE 34 /* Math result not representable */
6.2 Part2
信息来自头文件: /usr/include/asm-generic/errno.h
#define EDEADLK 35 /* Resource deadlock would occur */ #define ENAMETOOLONG 36 /* File name too long */ #define ENOLCK 37 /* No record locks available */ /* * This error code is special: arch syscall entry code will return * -ENOSYS if users try to call a syscall that doesn't exist. To keep * failures of syscalls that really do exist distinguishable from * failures due to attempts to use a nonexistent syscall, syscall * implementations should refrain from returning -ENOSYS. */ #define ENOSYS 38 /* Invalid system call number */ #define ENOTEMPTY 39 /* Directory not empty */ #define ELOOP 40 /* Too many symbolic links encountered */ #define EWOULDBLOCK EAGAIN /* Operation would block */ #define ENOMSG 42 /* No message of desired type */ #define EIDRM 43 /* Identifier removed */ #define ECHRNG 44 /* Channel number out of range */ #define EL2NSYNC 45 /* Level 2 not synchronized */ #define EL3HLT 46 /* Level 3 halted */ #define EL3RST 47 /* Level 3 reset */ #define ELNRNG 48 /* Link number out of range */ #define EUNATCH 49 /* Protocol driver not attached */ #define ENOCSI 50 /* No CSI structure available */ #define EL2HLT 51 /* Level 2 halted */ #define EBADE 52 /* Invalid exchange */ #define EBADR 53 /* Invalid request descriptor */ #define EXFULL 54 /* Exchange full */ #define ENOANO 55 /* No anode */ #define EBADRQC 56 /* Invalid request code */ #define EBADSLT 57 /* Invalid slot */ #define EDEADLOCK EDEADLK #define EBFONT 59 /* Bad font file format */ #define ENOSTR 60 /* Device not a stream */ #define ENODATA 61 /* No data available */ #define ETIME 62 /* Timer expired */ #define ENOSR 63 /* Out of streams resources */ #define ENONET 64 /* Machine is not on the network */ #define ENOPKG 65 /* Package not installed */ #define EREMOTE 66 /* Object is remote */ #define ENOLINK 67 /* Link has been severed */ #define EADV 68 /* Advertise error */ #define ESRMNT 69 /* Srmount error */ #define ECOMM 70 /* Communication error on send */ #define EPROTO 71 /* Protocol error */ #define EMULTIHOP 72 /* Multihop attempted */ #define EDOTDOT 73 /* RFS specific error */ #define EBADMSG 74 /* Not a data message */ #define EOVERFLOW 75 /* Value too large for defined data type */ #define ENOTUNIQ 76 /* Name not unique on network */ #define EBADFD 77 /* File descriptor in bad state */ #define EREMCHG 78 /* Remote address changed */ #define ELIBACC 79 /* Can not access a needed shared library */ #define ELIBBAD 80 /* Accessing a corrupted shared library */ #define ELIBSCN 81 /* .lib section in a.out corrupted */ #define ELIBMAX 82 /* Attempting to link in too many shared libraries */ #define ELIBEXEC 83 /* Cannot exec a shared library directly */ #define EILSEQ 84 /* Illegal byte sequence */ #define ERESTART 85 /* Interrupted system call should be restarted */ #define ESTRPIPE 86 /* Streams pipe error */ #define EUSERS 87 /* Too many users */ #define ENOTSOCK 88 /* Socket operation on non-socket */ #define EDESTADDRREQ 89 /* Destination address required */ #define EMSGSIZE 90 /* Message too long */ #define EPROTOTYPE 91 /* Protocol wrong type for socket */ #define ENOPROTOOPT 92 /* Protocol not available */ #define EPROTONOSUPPORT 93 /* Protocol not supported */ #define ESOCKTNOSUPPORT 94 /* Socket type not supported */ #define EOPNOTSUPP 95 /* Operation not supported on transport endpoint */ #define EPFNOSUPPORT 96 /* Protocol family not supported */ #define EAFNOSUPPORT 97 /* Address family not supported by protocol */ #define EADDRINUSE 98 /* Address already in use */ #define EADDRNOTAVAIL 99 /* Cannot assign requested address */ #define ENETDOWN 100 /* Network is down */ #define ENETUNREACH 101 /* Network is unreachable */ #define ENETRESET 102 /* Network dropped connection because of reset */ #define ECONNABORTED 103 /* Software caused connection abort */ #define ECONNRESET 104 /* Connection reset by peer */ #define ENOBUFS 105 /* No buffer space available */ #define EISCONN 106 /* Transport endpoint is already connected */ #define ENOTCONN 107 /* Transport endpoint is not connected */ #define ESHUTDOWN 108 /* Cannot send after transport endpoint shutdown */ #define ETOOMANYREFS 109 /* Too many references: cannot splice */ #define ETIMEDOUT 110 /* Connection timed out */ #define ECONNREFUSED 111 /* Connection refused */ #define EHOSTDOWN 112 /* Host is down */ #define EHOSTUNREACH 113 /* No route to host */ #define EALREADY 114 /* Operation already in progress */ #define EINPROGRESS 115 /* Operation now in progress */ #define ESTALE 116 /* Stale file handle */ #define EUCLEAN 117 /* Structure needs cleaning */ #define ENOTNAM 118 /* Not a XENIX named type file */ #define ENAVAIL 119 /* No XENIX semaphores available */ #define EISNAM 120 /* Is a named type file */ #define EREMOTEIO 121 /* Remote I/O error */ #define EDQUOT 122 /* Quota exceeded */ #define ENOMEDIUM 123 /* No medium found */ #define EMEDIUMTYPE 124 /* Wrong medium type */ #define ECANCELED 125 /* Operation Canceled */ #define ENOKEY 126 /* Required key not available */ #define EKEYEXPIRED 127 /* Key has expired */ #define EKEYREVOKED 128 /* Key has been revoked */ #define EKEYREJECTED 129 /* Key was rejected by service */ /* for robust mutexes */ #define EOWNERDEAD 130 /* Owner died */ #define ENOTRECOVERABLE 131 /* State not recoverable */ #define ERFKILL 132 /* Operation not possible due to RF-kill */ #define EHWPOISON 133 /* Memory page has hardware error */
