Linux操作与管理文件（多次打开同一文件，文件共享，fcntl函数，标准IO库）

1.linux系统如何管理文件

硬盘中的静态文件和inode：

(1)硬盘分为两大区域：一个是硬盘内容管理表项，另一个是真正存储内容的区域。先去读取硬盘内容管理表，找到要访问的存储内容的区域，再用得到我们要的文件。

(2)每一个文件有一个信息列表（叫inode，i节点，其实质是一个结构体，有很多元素，每个元素记录了这个文件的信息，有包括文件名、扇区号、块号等信息）

内存中被打开的文件和vnode：

(1)在程序中打开的文件属于某个进程，进程有对应的进程信息表，表中的指针会指向文件管理表，文件管理表中记录了当前进程的相关信息。
(2)文件的管理结构体vnode记录了一个被打开的文件的各种信息。

1.多次打开同一文件

(1)设置fd1，fd2读取文件，经过实验验证，证明了结果是fd1和fd2分别读。

(2)设置fd1，fd2写入文件，经过实验验证，证明了结果是fd1和fd2分别写

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd1 = -1, fd2 = -1;      // fd 就是file descriptor，文件描述符char buf[100] = {0};       //用来存放读取文件内容的bufchar writebuf[20] = "l love linux";   int ret = -1;// 第一步：打开同一个文件，返回两个文件描述符fd1 = open("a.txt", O_RDWR | O_TRUNC | O_CREAT , 0666);fd2 = open("a.txt", O_RDWR | O_TRUNC | O_CREAT , 0666);if ((-1 == fd1) || (fd2 == -1))        {perror("文件打开错误");_exit(-1);}else{printf("文件打开成功，fd1 = %d. fd2 = %d.\n", fd1, fd2);}#if 0  //先关掉写文件while (1){// 写文件ret = write(fd1, "ab", 2);if (ret < 0){perror("write失败");_exit(-1);}else{printf("write成功，写入了%d个字符\n", ret);}ret = write(fd2, "cd", 2);if (ret < 0){perror("write失败");_exit(-1);}else{printf("write成功，写入了%d个字符\n", ret);}sleep(1);}
#endif#if 1        //先打开读文件while(1){// 读文件fd1memset(buf, 0, sizeof(buf));      //先清空用来存放读取内容的bufret = read(fd1, buf, 2);         if (ret < 0){printf("read失败\n");_exit(-1);}else{ printf("fd1：[%s].\n", buf);}sleep(1);// 读文件fd2memset(buf, 0, sizeof(buf));ret = read(fd2, buf, 2);if (ret < 0){printf("read失败\n");_exit(-1);}else{   printf("fd2：[%s].\n", buf);}}#endif    // 第三步：关闭文件close(fd1);close(fd2);_exit(0);
}

(3)有时候我们希望接续写而不是分别写？办法就是在open时加O_APPEND标志即可，对文件的读写是原子操作。

2.文件共享的实现方式

(1)文件共享就是同一个文件被多个独立的读写体去同时操作。
(2)常见的有3种文件共享的情况：第一种是同一个进程中多次使用open打开同一个文件，第二种是在不同进程中去分别使用open打开同一个文件（这时候因为两个fd在不同的进程中，所以两个fd的数字可以相同也可以不同），第三种情况是后面要学的，linux系统提供了dup和dup2两个API来让进程复制文件描述符。

(3)dup和dup2函数

使用dup进行文件描述符复制：会返回一个新的文件描述符

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>#define FILENAME   "1.txt"int main(void)
{int fd1 = -1, fd2 = -1;fd1 = open(FILENAME, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);if (fd1 < 0){perror("open");return -1;}printf("fd1 = %d.\n", fd1);close(1);       // 1就是标准输出stdout// 复制文件描述符fd2 = dup(fd1);      // fd2一定等于1，因为前面刚刚关闭了1，这句话就把if (fd2 < 0)        // 1.txt文件和标准输出就绑定起来了，所以以后输出{                   // 到标准输出的信息就可以到1.txt中查看了。perror("dup");return -1;}                   printf("fd2 = %d.\n", fd2);printf("this is for test\n");close(fd1);return -1;
}

dup2复制的文件描述符：dup2允许用户指定新的文件描述符的数字

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>#define FILENAME   "1.txt"int main(void)
{int fd1 = -1, fd2 = -1;fd1 = open(FILENAME, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);if (fd1 < 0){perror("open");return -1;}printf("fd1 = %d.\n", fd1);fd2 = dup2(fd1, 16);printf("fd2 = %d.\n", fd2);while (1){write(fd1, "aa", 2);sleep(1);write(fd2, "bb", 2);}close(fd1);return -1;
}

3.fcntl函数
(1)fcntl的常用cmd，F_DUPFD这个cmd的作用是复制文件描述符（作用类似于dup和dup2）

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>#define FILENAME   "1.txt"int main(void)
{int fd1 = -1, fd2 = -1;fd1 = open(FILENAME, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);if (fd1 < 0){perror("open");return -1;}printf("fd1 = %d.\n", fd1);fd2 = fcntl(fd1, F_DUPFD, 6);printf("fd2 = %d.\n", fd2);while (1){write(fd1, "aa", 2);sleep(1);write(fd2, "bb", 2);}close(fd1);return -1;
}

4.标准IO库

(1)标准IO是C库函数，而文件IO是linux系统的API

(2)常见的标准IO库函数有：fopen、fclose、fwrite、fread、ffulsh、fseek

读文件代码：

#include <stdio.h>     // standard input output
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define FILENAME   "1.txt"int main(void)
{FILE *fp = NULL;size_t len = -1;char buf[100] = {0};        //用来储存读取文件的内容fp = fopen(FILENAME, "r+");if (NULL == fp){perror("fopen");exit(-1);}printf("fopen success. fp = %p.\n", fp);// 在这里去读文件memset(buf, 0, sizeof(buf));len = fread(buf, 1, 10, fp);printf("len = %d.\n", len);printf("buf is: [%s].\n", buf);fclose(fp);return 0;
}

写文件代码：

#include <stdio.h>     // standard input output
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#define FILENAME   "1.txt"int main(void)
{FILE *fp = NULL;size_t len = -1;int array[10] = {1, 2, 3, 4, 5};
fp = fopen(FILENAME, "w+");if (NULL == fp){perror("fopen");exit(-1);}printf("fopen success. fp = %p.\n", fp);// 在这里去写文件len = fwrite(array, 4, 10, fp);printf("len = %d.\n", len);fclose(fp);return 0;
}

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