Linux文件I/O的lseek,fcntl和ioctl函数

lseek函数

每个打开的文件都记录着当前读写位置,打开文件时读写位置是0,表示文件开头,通常读写多少个字节就会将读写位置往后移多少个字节。但是有一个例外,如果以O_APPEND方式打开,每次写操作都会在文件末尾追加数据,然后将读写位置移到新的文件末尾。lseek和标准I/O库的fseek函数类似,可以移动当前读写位置(或者叫偏移量)。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

参数offset和whence的含义和fseek函数完全相同。只不过第一个参数换成了文件描述符。和fseek一样,偏移量允许超过文件末尾,这种情况下对该文件的下一次写操作将延长文件,中间空洞的部分读出来都是0。

若lseek成功执行,则返回新的偏移量,因此可用以下方法确定一个打开文件的当前偏移量:

off_t currpos;
currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

这种方法也可用来确定文件或设备是否可以设置偏移量,常规文件都可以设置偏移量,而设备一般是不可以设置偏移量的。如果设备不支持lseek,则lseek返回-1,并将errno设置为ESPIPE。注意fseek和lseek在返回值上有细微的差别,fseek成功时返回0失败时返回-1,要返回当前偏移量需调用ftell,而lseek成功时返回当前偏移量失败时返回-1。

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
int fd = open("aaa", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
perror("aaa");
exit(1);
}
//拓展一个文件,一定要有一次写的操作
lseek(fd, 0x1000, SEEK_SET);
write(fd, "c", 1);
close(fd);

fd = open("hello", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
perror("hello");
exit(1);
}
//求文件的大小
printf("hello size:%d\n", lseek(fd, 0, SEEK_END));
close(fd);
return 0;
}

fcntl函数

先前我们以read终端设备为例介绍了非阻塞I/O,为什么我们不直接对STDIN_FILENO做非阻塞read,而要重新open一遍/dev/tty呢?因为STDIN_FILENO在程序启动时已经被自动打开了,而我们需要在调用open时指定O_NONBLOCK标志。这里介绍另外一种办法,可以fcntl函数改变一个已打开的文件的属性,可以重新设置读、写、追加、非阻塞等标志(这些标志称为File Status Flag),而不必重新open文件。

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd);
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

这个函数和open一样,也是用可变参数实现的,可变参数的类型和个数取决于前面的cmd参数。下面的例子使用F_GETFL和F_SETFL这两种fcntl命令改变STDIN_FILENO的属性,加上O_NONBLOCK选项,实现和例 28.3 “非阻塞读终端”同样的功能。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define MSG_AGN "try again\n"

int main(void)
{
char buf[10] = {0};
int n = 0;
int flags = 0;
flags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
flags |= O_NONBLOCK;
if (fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, flags) == -1)
{
perror("fcntl");
exit(1);
}
tryagain:
n = read(STDIN_FILENO, buf, 10);
if (n < 0)
{
if (errno == EAGAIN)
{
sleep(5);
write(STDOUT_FILENO, MSG_AGN, strlen(MSG_AGN));
goto tryagain;
}
printf("errno num: %d\n", errno);
perror("read stdin");
exit(1);
}
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
printf("\n");
close(flags);
return 0;
}

ioctl函数

ioctl用于向设备发控制和配置命令,有些命令也需要读写一些数据,但这些数据是不能用read/write读写的,称为Out-of-band数据。也就是说,read/write读写的数据是in-band数据,是I/O操作的主体,而ioctl命令传送的是控制信息,其中的数据是辅助的数据。例如,在串口线上收发数据通过read/write操作,而串口的波特率、校验位、停止位通过ioctl设置,A/D转换的结果通过read读取,而A/D转换的精度和工作频率通过ioctl设置。

#include <sys/ioctl.h>
int ioctl(int d, int request, ...);

d是某个设备的文件描述符。request是ioctl的命令,可变参数取决于request,通常是

一个指向变量或结构体的指针。若出错则返回-1,若成功则返回其他值,返回值也是取决于request。

代码:使用TIOCGWINSZ命令获得终端设备的窗口大小

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>

int main(void)
{
struct winsize size;
if (isatty(STDOUT_FILENO) == 0)
{
exit(1);
}
if (ioctl(STDOUT_FILENO, TIOCGWINSZ, &size) < 0)
{
perror("ioctl TIOCGWINSZ error");
exit(1);
}
printf("%d rows, %d columns\n", size.ws_row, size.ws_col);
return 0;
}