第二章 Linux 文件操作

第二章 Linux 文件操作（4学时）

实验一文件属性和无缓冲I/O

实验目的

1.熟悉Linux文件系统属性控制

2.掌握不带缓存的文件I/O程序设计方法

实验内容

1.修改文件权限：用touch 新建一文件file，查看文件权限。

（1）命令提示符下 chmod 将文件权限改为：同组用户可读可写，其他用户可写权限，所有者权限不变。

（2）编程修改文件权限为所有者具有读写权限，其他用户只有读权限。

2.设计一程序通过设置文件权限掩码，使得新建文件newfile具有所有者读写，其他只读

权限，并调用ls命令查看文件。

3.设计一程序，要求判断文件“/etc/passwd”最后一次修改时间。

4.设计一程序，要求打开文件“pass”，如果没有这个文件，新建文件，权限设置为所有

者读写权限，利用write函数将键盘输入字符串写入文件，并查看该文件。

5.设计一程序，使用read函数从源文件读取数据，再用write函数写入到目标文件，源

文件名和目标文件名都由键盘输入。

实验指导

一、存取权限

文件存取权限定义文件访问方式（mode_t取值）

在对文件执行相应操作前，有必要读取该文件的属性，文件的属性一般由struct stat 数据结构的成员变量保存。Linux 读取文件属性的函数stat 声明如下：

#include

#include

#include

int stat(const char *file_name, struct stat *buf);

第一个参数为欲读取状态的文件，可以使用绝对路径或相对路径；

第二个参数为读取的文件状态存放的临时数据结构buf。

struct stat 数据结构定义如下：

come from /usr/include/asm/stat.h

struct stat {

unsigned short st_dev; //设备号

unsigned short __pad1;

unsigned long st_ino; //节点

unsigned short st_mode; //模式

unsigned short st_nlink; //连接

unsigned short st_uid; //用户ID

unsigned short st_gid; //组ID

unsigned short st_rdev; //设备类型

unsigned short __pad2;

unsigned long st_size; //

unsigned long st_blksize; //块大小

unsigned long st_blocks; //块数量

unsigned long st_atime; //最后一次访问时间

unsigned long __unused1;

unsigned long st_mtime; //最后一次修改时间

unsigned long __unused2;

unsigned long st_ctime; 属性时间

unsigned long __unused3;

unsigned long __unused4;

unsigned long __unused5;

}

二、掩码umask

在创建文件时，系统需要给该文件一个默认的权限，根据系统的安全性，用户可以自己设置当前系统，创建一个文件时的默认权限为0666-umask。

设置创建文件的掩码函数为umask，其声明如下：

#include

#include

mode_t umask(mode_t mask);

函数如果执行成功，将设置系统的umask 值为参数mask，并返回系统原来文件权限umask 值。如果执行失败，将返回错误信息。

建立文件，文件的权限为0666-mask；

建立目录，目录权限为0777-mask。

三、无缓冲I/O

1.creat

creat 函数创建文件。函数声明如下：

#include

#include

#include

int creat(const char *pathname, mode_t mode);

第一个参数char *__file 为欲创建文件的文件路径。

第二个参数mode 为该文件的访问权限。

如果调用成功，将返回所创建的文件描述符，若有错误返回-1,并把错误代码设置为erron。

例如：fd=creat(“./2-5file",S_IRUSR);

2.open

打开文件。在对文件进程操作前，需要打开该文件，获得该文件的文件描述符，打开文件的系统调用为open 函数。其声明如下：

#include

#include

#include

int open(const char *pathname, int flags);

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

参数说明如下：

第一个参数是欲打开文件的文件名指针。

第二个参数打开文件的方式。各方式定义如下：

//come from /usr/include/bit/fcntl.h

如果欲打开的文件不存在，则可以使用open函数自动创建该文件，即“O_CREAT”打开方式，此时需要用到第三个参数，它规定了文件的权限。在设置权限时，可以采用直接设置

为八进制的方式，如0666。

此函数调用成功后（所检查的权限存在或文件创建成功），将返回所打开的文件的文件描述符（int 类型），如果调用失败，将返回-1。

例如：fd=open(“./2-6file",O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY,0600)

3.close

关闭文件。当完成对文件的操作后，应关闭文件，将相应的内容全部写回到文件中，即让数据写回磁盘。使用close 函数来关闭文件。其函数声明如下：

#include

int close(int fd);

此函数只有一个参数，该参数为调用open 函数打开文件时返回的文件描述符。

4.read/write

1．读文件内容

使用read 函数从一个文件中读取数据。此函数声明如下：

#include

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

read( )把参数fd所指的文件count传送到buf 指针所指的内存中，若参数count为0，则read()不起作用并返回0。返回值为实际读取到的字数。如果返回0，表示已到达文件尾部或无数据可读。文件读写位置会随读取到的字节移动。

成功调用后（此时count大于0），read()会将文件的st_atime 字段标记为更新，并返回读取的字节数，此数字绝不会大于count。在下列情况下返回的值可能小于count：文件中剩余的字节数小于count，read()请求已被某个信号中断。

2．写内容到文件

打开文件后，可以通过write 函数往其中写入数据。此函数声明如下：

#include

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

此函数尝试从buf 所指向的缓冲区中将count个字节写入与打开文件描述符fd 关联的文件内。如果count为0，write()将返回0。

如果write()在写入任何数据之前被信号中断，则返回?1 并将errno 设置为[EINTR]。

如果write()在成功写入一些数据之后被信号中断，则返回写入的字节数。

5.lseek

在对文件进行读写时，当打开文件时通常都有一个读写位置，通常是指向文件头部，若是以附加的方式打开文件，则在文件尾部。lseek 函数用来修改文件的读写位置。声明如下：#include

#include

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

第一个参数fd 为已经打开的文件，第二个参数offset 为根据参考位置（第三个参数whence）来移动读写位置的位移数。whence 为下列其中一种：

# define SEEK_SET 0 //文件起始位置

# define SEEK_CUR 1 //当前位置

# define SEEK_END 2 //文件结束位置

当执行成功则返回目前读写位置，也就是距离文件头部的字节数，若错误则返回-1。

6.dup/dup2

复制文件描述符。函数声明如下：

#include

int dup(int oldfd);

int dup2(int oldfd, int newfd);

实验二缓冲IO和特殊文件

实验目的

1.了解和掌握基于流的文件I/O程序设计

2.掌握特殊文件的程序设计方法

实验内容

1. 设计一程序，要求用带缓存的流文件I/O操作，在“./tmp”目录下,打开名称为“tmpfile”的文件。如果该文件不存在，则创建此文件；如果存在，将文件清空后关闭。

2.设计一程序，要求用带缓存的流文件I/O操作，利用fputc函数把键盘上输入的字符串写入文件“./tmp/2-2tmp”,如果该文件不存在，则创建此文件；多次运行程序，多次输入字符串后，文件“/tmp/2-2tmp”中只保存最后一次输入的字符串（若要保存全部输入的字符串，如何改写程序？）。

3．设计一程序，要求新建一个目录newdir和它的子目录childdir，预设权限为rwx—x—x，打开newdir目录并输出该目录下的目录名和inode，关闭该目录文件。

4.设计一程序，要求为“/bin/ls”文件建立一个软链接“ls1”和一个硬链接“ls2”，并查看两个链接文件和“/bin/ls”文件，并运行./ls1和./ls2，查看结果。

思考题

考虑I/O效率问题：分别用read/write; getc/putc; fgetc/fputc; fgets/fputs连接两个文件时，比较效率有何不同？

实验指导

一、缓冲I/O

标准I/O 提供了3 种类型的缓冲区。

1.全缓冲区：这种缓冲区要求填满整个缓冲区后才进行I/O 系统调用操作。对于磁盘文件通常使用全缓冲区访问。第一次执行I/O 操作时，ANSI 标准的文件管理函数通过调用malloc 函数获得需使用的缓冲区。默认大小为8192。

2.行缓冲区。在这种情况下，当在输入和输出中遇到换行符时，标准I/O 库执行I/O 系统调用操作。当流涉及一个终端时（例如标准输入和标准输出），使用行缓冲区。

3.无缓冲区。标准I/O 库不对字符进行缓存。如果用标准I/O 函数写若干字符到不带缓冲区的流中，则相当于用write 系统调用函数将这些字符写至相关联的打开文件。标准出错流stderr 通常是不带缓冲区的，这使得出错信息能够尽快地显示出来。

对于标准输入输出设备，ANSI C 要求具有以下缓冲区特征：

标准输入和标准输出设备：当且仅当不涉及交互作用设备时，标准输入流和标准输出流才是全缓冲区的。

标准错误输出设备：标准出错决不会是全缓冲区的。

二、标准I/O函数

1.fopen/fclose

（1）打开文件

在对文件进行操作之前，需要将它与流联系在一起。ANSI C 库中打开文件函数fopen 声明如下：

#include

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

函数第一个参数是指向欲打开的文件名字符串的指针（例如“/ect/services”），可以使用绝对路径或相对路径来指定；

第二个参数为打开模式。

如果执行成功，将返回打开文件的文件指针，如果执行失败，将返回NULL。

（2）关闭文件

在完成对流对象的操作后，需要关闭该流对象，在关闭该流对象之前，应将缓冲区中的相关内容回写到磁盘文件中（这一操作由系统完成）。关闭某个流对象操作使用fclose 函数。

#include

int fclose(FILE *fp);

如果执行成功，将返回0，否则返回EOF，并设置错误标识位error 全局变量。2. fgetc/fputc

字符读写文件流。

（1）字符读操作。字符读操作是指每次标准I/O 调用只读出流中的一个字符。相关函数声明如下：

#include

int getc(FILE *fp); //从流中读一个字符

int fgetc(FILE *fp);

int getchar(void); //从标准输入设备读一个字符

若调用成功则返回读到的内容，如果失败则返回EOF（-1）。

（2）字符写操作。字符写操作是指每次标准I/O 调用只写一个字符到流中。相关函数声明如下：

#include

int putc(int c, FILE *fp); //写字符c 到流stream 中

int fputc(int c, FILE *fp);

int putchar(int c); //写字符c 到标准输出设备

若调用成功则返回内容，如果失败则返回EOF（-1）。

3.fgets/fputs

行读写文件流

（1）行读出操作。行读出操作是指每次标准I/O 调用只从标准流中读出一行（没有达到行限制）字符。fgets()函数声明如下：

#include

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

函数从将字符从stream 读入s所指向的数组，直到读取size? 1字符、换行符（传输到s）或遇到文件结束标志为止，字符串以空字符结束。

另外，从标准设备输入读取数据还可以使用gets()函数。声明如下：

char *gets(char *s);//此函数尽量不要使用，因其对读出量没有限制。

此函数将字符从标准输入流stdin读入s所指向的数组，直到遇到换行符或文件结束标志为止，同时换行符被忽略，字符串以空字符结束。

成功完成后，fgets()和gets()都返回s，如果流位于文件末尾，则设置此流的文件结束指示器，并返回一个空指针。如果出现读取错误，则设置了流的错误指示符，并将errno 设置为指示此错误，返回一个空指针。

（2）行写入操作。行写入操作是指每次标准I/O 调用只写一行字符到标准流中。相关函数声明如下：

#include

int fputs(const char *s, FILE *stream);

int puts(const char *s); //输出流到标准出设备中

puts()将s指向的以空字符结尾的字符串（后接换行符）写入标准输出流stdout 。

fputs()将s指向的以空字符结尾的字符串写入指定输出stream，但不追加换行符。这两个函数都不写入终止空字符。

成功完成后，这些函数均返回非负数。否则返回EOF，并为流设置错误指示符，将errno 设置为指示出错。

4.fread/fwrite

块读写文件流是指每次读出与写入的数据量可以由自己设定。

（1）块读出操作。块读出操作函数声明如下：

#include

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

此函数将从标准流中读取nmemb个大小为size的对象。

第一个参数为指向欲存放读取的对象空间指针，即读取的对象的存放位置；

第二个参数为读取对象的大小，例如读出一个结构体buf，此参数可以设置为sizeof （struct buf）；

第三个参数为读取对象的个数；

第四个参数为读取的流。

此函数返回实际读取到的对象个数，如果此值比参数nmemb小，则代表可能读到了文件的尾部或者出错，这时必须用feof()或者ferror()来检测发生了什么情况。

（2）块写入操作。块写入操作函数声明如下：

size fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

此函数将向标准的流中写入nmemb个大小为size 的对象。

第一个参数为指向欲写入的对象的数据空间指针，即写入的对象的存放位置；

第二个参数为写入对象的大小，例如写入一个结构体buf，此参数可以设置为sizeof （struct buf）；

第三个参数为写入的个数；

第四个参数为写入的数据流。

如果执行成功，此函数返回实际写入的对象个数，否则返回-1。

三、目录文件

1．mkdir/rmdir

在Linux 系统管理层面，用户可以在shell 提示符使用mkdir 和rmdir 命令来创建和删除目录，在编程应用中，则使用mkdir 函数和rmdir 函数来实现这一操作。mkdir 函数声明如下：

#include

#include

int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);

第一个参数为欲创建的目录文件路径；

第二个参数为该目录的访问权限，权限参数同创建文件时的文件权限。

删除目录函数rmdir 声明如下：

#include

int rmdir(const char *pathname);

此函数只有一个参数，即欲创建的目录文件的路径。

以上函数如果执行成功，将返回0，否则返回-1，并置全局错误变量errno。

（2）修改当前进程工作目录。

chdir()和fchdir()函数可用来修改当前进程工作目录，函数声明如下：

#include

int chdir(const char *path); //修改进程工作目录

int fchdir(int fd); //修改进程工作目录为fd 文件描述符

chdir()和fchdir()可使path 或fd指向的目录成为当前工作目录，即不以/开头的路径名的路径搜索起点。path 指向目录的路径名。fildes 是目录的打开文件描述符。

这两个函数如果执行成功将返回值0。否则返回-1，并且设置errno 以指明错误。四、连接文件

连接文件类似于Windows 的快捷方式。连接文件类似于Windows的快捷方式。连接文件又分为软连接文件和硬连接文件。当使用“ls -l”命令查看时，这类文件权限位前显示为字母“l”（link）。

1、软连接文件：软连接文件又叫符号连接文件，这类文件包含了另一个文件的路径名。它可以连接任意文件或目录，可以连接不同文件系统的文件，甚至可以连接不存在的文件，

也可以循环连接自己。用ln -s 命令可以生成一个软连接文件，如下：

[root@localhost ～]# ln -s /root/install.log /root/install.log_link//创建软连接

[root@localhost ～]# ls /root/install.log_link -l

lrwxrwxrwx 1 root root 17 Apr 7 02:06 /root/install.log_link -> /root/install.log

在对软连接文件进行读写操作时，系统会自动把该操作转换为对源文件的操作，但删除软连接文件时，系统仅仅删除软连接文件，而不删除源文件本身。

symlink 可以创建一个符号连接，即软连接文件。

#include

int symlink(const char *oldpath, const char *newpath);

第一个参数为源文件的路径，即为哪个文件创建连接；

第二个参数为新连接文件的路径。

此函数如果执行成功，将返回0，否则返回-1，并置全局错误变量errno。

readlink()函数读取连接文件的内容，其函数声明如下：

#include

int readlink(const char *path, char *buf, size_t bufsiz);

2、硬连接：硬连接是已存在文件的另一个名字。建立硬连接的命令如下：

[root@localhost ～]# ln -d /root/install.log /root/install.log_link_hard//创建硬连接

[root@localhost ～]# ls /root/install.log_link_hard -l

-rw-r--r-- 2 root root 62237 Jul 31 2006 /root/install.log_link_hard

创建硬连接文件有以下限制：

不允许给目录创建硬连接。

只有在同一文件系统中的文件之间才能创建硬连接。

对硬连接文件进行读写和删除操作时，结果和软连接相同。但删除硬连接文件的源文件时，硬连接文件仍然存在，而且保留了原有的内容。

在Linux 下 C 应用编程中，使用link 函数创建连接文件。

#include

int link(const char *oldpath, const char *newpath);

第一个参数为源文件的路径，即为哪个文件创建连接；

第二个参数为新连接文件的路径。

如果要执行删除某文件（包括连接文件）操作，则可使用unlink()函数，其函数声明如下：

#include

int unlink(const char *pathname);

unlink()系统调用删除由pathname指向的路径名所指定的目录条目。当删除所有指向文件的链接，并且没有进程打开该文件时，该文件占有的空间被释放，并且该文件不复存在。如果在删除最后一个链接时有一个或多个进程打开了该文件，则只有目录条目被立即删除，以便还没有打开该文件的进程不能访问该文件。在所有进程关闭其对文件的引用后，如果不再有指向该文件的链接，则该文件占有的空间被释放，该文件不复存在。

此函数如果执行成功，将返回0，否则返回-1，并置全局错误变量errno。