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系统调用来龙去脉-CSDN博客 1.底层文件IO和标准IO
这里指的是操作系统提供的IO服务#xff0c;不同于ANSI建立的标准IO。
底层IO和标准IO各自所使用的函数#xff1a; 区别#xff1a;
1.底层文件IO不…下面的内容需要了解系统调用可看下面的链接
系统调用来龙去脉-CSDN博客 1.底层文件IO和标准IO
这里指的是操作系统提供的IO服务不同于ANSI建立的标准IO。
底层IO和标准IO各自所使用的函数 区别
1.底层文件IO不带用户级缓存称为unbuffered I/O每次操作都会执行相关系统调用这一过程系统消耗资源大而且时间也比较长。
而标准IO则带有三种缓冲机制可以对缓冲区进行访问必要时再访问实际文件也就是说这时才会执行系统调用减少了开销。
1全缓存 当填满I/O缓存后才进行实际I/O操作 2行缓存 当在输入和输出中遇到新行符(‘\n’)时进行I/O操作。 当流遇到一个终端时典型的行缓存。 3不带缓存 标准I/O库不对字符进行缓冲例如stderr。
2.底层I/O特定于操作系统只能在某些操作系统才能使用而标准IO具有一定的移植性只要有标准IO库就能使用。
但也不是说标准I/O一定比底层I/O好因为缓冲的机制我们必须时刻注意内容是否已经被冲刷过去也就是说内容可能还在缓冲里存着必须掌握这一缓冲机制程序才能向我们想象的目标去完成。 2.文件描述符的介绍
Linux系统一切皆文件Linux操作系统不区分套接字和文件。
Linux操作系统给文件或套接字分配整数用来标识文件或者套接字称为文件描述符File descriptor。因此程序中套接字可以像文件一样来进行输入输出。
实际上标准输入输出及标准错误在Linux中也配分配文件描述符。
文件和套接字一般经过创建过程才会被分配文件描述符。而标准输入输出及标准错误即使未经过特殊的创建过程程序开始运行后也会被自动分配文件描述符。如下 3.底层文件I/O函数
为了方便我们查看下面的函数调用具体发生那些错误可看下面的链接
errno变量和显示错误信息-CSDN博客
1打开文件
int open(const char *pathname,int flags);
int open(const char *pathname,int flags,mode_t mode);
//path 文件名的字符串地址保存的是目标文件及路径信息
//flags 文件打开模式信息
//mode 文件的权限
//成功返回文件描述符失败时返回-1同时errno变量被设置。
flags 有以下的几个值
flags值 O_RDONLY 只读打开O_WRONLY只写打开O_RDWR读写打开O_CREAT必要时创建文件O_TRUNC删除文件全部现有内容从头开始写入O_APPEND维持文件现有内容在内容末尾追加O_EXCL如果文件存在则出错和O_CREAT搭配使用O_NONBLOCK设置为非阻塞模式
打开模式参数可以通过位或运算符 ” | 组合传递。
另外创建文件时可能需要指定文件权限。
mode为四位八进制的数例如mode0644第一个0表示八进制文件权限根据后三位为你想要设置该文件的权限它会与umask取反后的数相与得到的最终结果为文件的权限。
文件权限mode~umask
umask通过命令umask可以查看 2关闭文件
int close(int fd);
//fd 需要关闭的文件描述符
//fd含义即上面说的file descriptor文件描述符
//成功时返回0失败时返回-1,同时errno变量被设置。 3传输数据
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t count);
//fd 要写入对象的文件描述符
//buf 要写入数据的缓存地址值
//count 要写的字节数
//成功时返回写入的字节数失败返回-1同时errno变量被设置。
//通过此函数向fd指定的文件或者套接字写入buf里nbytes个字节的数据后缀_t意味着type/typedef(类型)是一种命名规范。
size_t是通过typedef声明的unsigned int类型表示字节数不能为负
size中文意思尺寸大小不能为负
ssize_t在size_t的前面加了s表示ssize_t是通过typedef声明的signed int类型4读取数据read函数
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbytes)
//fd 需要读取数据对象的文件描述符
//buf 接收数据的缓冲地址值
//nbytes 要接受数据的最大字节数
//实际读取的字节数可能小于nbytes要求的字节数
//成功时返回接收的字节数失败时返回-1同时errno变量被设置。
//通过此函数将fd指定的文件或套接字读取nbytes个字节到buf里面 5移动读写指针
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
//fd 文件描述符
//offset 距离whence的偏移量//whence 有三个参数选择:
//SEEK_SET:文件的头部
//SEEK_CUR:当前文件流指针的位置
//SEEK_END文件的尾部//通过此函数将读写指针移动到相应的位置注意上面的write和read函数都是从指针处开始执行的
//例如下面的代码如果将lseek函数注释掉则buf2里面没有读取到fd里面的数据。
//因为我们写完指针在fd文件里面的末尾而末尾后面根本没有字节可以读取//当lseek执行成功时它会返回最终以文件起始位置为起点的偏移位置。如果出错则返回-1同时errno被
//设置为对应的错误值。
简单的示例代码
//low_io.c
#includestdio.h
#includestdlib.h
#includeunistd.h
#includefcntl.hvoid error_handling(const char *message)
{fputs(message,stderr);fputc(\n,stderr);exit(1);
}int main(int argc,char *argv[])
{char buf1[]hello,world;char buf2[20];int fdopen(data666.txt,O_RDWR|O_TRUNC);if(fd-1)error_handling(open error!\n);printf(file descriptor is %d\n,fd);int len10;int len20;if((len1write(fd,buf1,sizeof(buf1)))-1)error_handling(write error!);printf(write len is %d\n,len1);lseek(fd,0,SEEK_SET);if((len2read(fd,buf2,sizeof(buf2)))-1)error_handling(read error!);printf(read len is %d\n,len2);fputs(buf2,stdout);fputc(\n,stdout);close(fd);return 0;
}
结果 4.验证深入文件I/O和标准I/O
先分别用标准I/O和文件I/O分别写一个程序该程序复制一个文件。
标准I/O:
//stdcopy.c
#includeerror.h
#includestdlib.h
#includestdio.hint main(int argc,char *argv[])
{if(argc!3){ printf(file1 file2\n);exit(1);} FILE* fp1fopen(argv[1],r);if(!fp1){ perror(cp1.txt open failed);exit(1);} FILE* fp2fopen(argv[2],w);if(!fp2){ perror(cp2.txt open failed);exit(1);}while(1){int chfgetc(fp1);if(ch-1){printf(end of file\n);break;}fputc(ch,fp2);}return 0;
} 文件I/O:
//filecopy.c
#includestdio.h
#includestdlib.h
#includefcntl.h#define N 1char buf[N];int main(int argc,char *argv[])
{if(argc!3){printf(file1 file2\n);exit(1);}int fd1open(argv[1],O_RDONLY);if(fd1-1){perror(fd1 open failed);exit(1);} int fd2open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC);if(fd1-1){perror(fd2 open failed);exit(1);}int readLen0;while(readLen(read(fd1,buf,N))){if(readLen-1){perror(read error);exit(1);}write(fd2,buf,N);}return 0;
}使用这两个文件拷贝一个超大的文件可以发现文件I/O将会比标准I/O慢。
下面深入理解这俩的差别。 内核到磁盘的相互读写有内核自己的一个算法我们只要把文件内容写到内容或者从内核读取内容就相当于和磁盘做了数据交换。
而应用程序到内核需要系统调用。系统调用用户态到核心态核心态到用户态这个过程消耗资源会非常大时间消耗也会非常长。
文件I/O每一次操作都需要这样的一个过程我们输入命令
sudo yum -y install strace
然后输入命令运行filecopy.c文件编译完成的可执行程序filecopy
strace ./filecopy 文件1 文件2
发现 而标准I/O它自带一个缓冲它先把要写的内容先写到自己的内存直到写满了它才使用系统调用把内容写到内核中去。
输入命令运行stdcopy.c编译完成的可执行程序stdcopy 结果是发现它只执行了一次系统调用。
