Linux系统函数open、close、read、writ

系统调用

系统调用是操作系统提供给用户的一组“特殊接口”。系统调用并非直接和程序员或系统管理员直接打交道，而是通过软中断的方式向内核提交请求，从而获取内核函数的服务入口（系统调用表）。系统调用让系统从用户空间进入内核空间内运行，运行后将结果返回给应用程序（内核态->用户空间）。

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系统调用和系统API等区别

系统API
主要是通过C库libc来实现，程序员多采用这种方式与内核交互，这些API通过系统调用来实现


系统命令
系统管理员采用系统命令与内核交互，是一个可执行文件，通过系统API及系统调用来实现


外壳程序
一系列系统命令和SHELL脚本共同组合成的程序。

函数库调用 与 系统调用

文件描述符

-每个进程PCB结构中有文件描述符指针，指向files_struct的文件描述符表，记录每个进程打开的文件列表
-系统内核不允许应用程序访问进程的文件描述符表，只返回这些结构的索引即文件描述符ID(File Description)给应用程序
-Linux系统中，应用程序通过这些文件描述符来实现让内核对文件的访问
-每个进程能够访问的文件描述符是有限制的，通过#ulimit –n可以查看

特殊文件描述符

标准输入STDIN_FILENO
标准输出STDOUT_FILENO
标准错误STDERR_FILENO

每个进程被加载后，默认打开0,1,2这三个文件描述符

open

-函数原型
int open(const char *path, int flags,mode_t mode);
-参数
path ：文件的名称，可以包含（绝对和相对）路径
flags：文件打开模式
mode: 用来规定对该文件的所有者，文件的用户组及系统中其他用户的访问权限，则文件权限为：mode&(~umask)
-返回值
打开成功，返回文件描述符；
打开失败，返回－1

打开方式

访问权限

O_CREATE会产生特殊权限，需要设置访问权限：
S_IRWXU等价于 S_IRUSR|S_IWUSR|S_IXUSR （文件所有者）
S_IRWXG 等价于 S_IRGRP|S_IWGRP|S_IXGRP （文件用户组）
S_IRWXO 等价于 S_IROTH|S_IWOTH|S_IXOTH （文件其他用户）

close

关闭文件close（将进程中fd对应的文件描述表结构释放）：
函数原型：int close(int fd); //如果出现错误，返回-1;调用成功返回0

read

-函数原型：
int read(int fd, void *buf, size_t nbytes)；
-参数
fd ：想要读的文件的文件描述符
buf: 指向内存块的指针，从文件中读取来的字节放到这个内存块中
nbytes: 从该文件复制到buf中的字节个数
-返回值
如果出现错误，返回-1;
返回从该文件复制到规定的缓冲区中的字节数!

write

-函数原型：int write(int fd,void *buf,size_t nbytes);
-函数参数：
fd ：要写入的文件的文件描述符
buf: 指向内存块的指针，从这个内存块中读取数据写入 到文件中
nbytes: 要写入文件的字节个数
-返回值
如果出现错误，返回-1
如果写入成功，则返回写入到文件中的字节个数


练习：采用文件系统调用的方式，完成串口通讯配置文件的读写


配置文件serial.cfg如下：



要求：1、程序运行命令格式：
serialchat [-options];
[options]:
p-输出打印serial.cfg各个配置项信息，格式：参数-----参数值；
s-进行菜单（有保存和退出）让用户设置；
f-指定配配置项设置，输出各选项置文件名，并输出各配置项信息
其他选项提示该程序用法帮助。
2、不支持serialchat运行两次
3、如果无法找到配置文件，则提示运行失败，原因：配置文件无法找到


代码如下：

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

int icount = 0;

//去空格 '\0'
void rm_space(char *pStr)
{
    char *pos = pStr;
    pos = strchr(pStr,' ');
    while(pos != NULL)
    {
        strcpy(pos,pos+1);
        pos = strchr(pos,' ');
    }
}

//去注释 '#' '\n#'和中文，留下\n ... \r之间的数据
void rm_annotation(char *pStr)
{
    icount++;
    char *pos = pStr;
    char *end = NULL;
    if(icount == 1) //第一行有可能顶格
    {
        pos = strchr(pStr,'#');
    }
    else
    {
        pos = strstr(pStr,"\n#");
    }

    while(pos != NULL)
    {
        end = strchr(pos+1,'\n');
        strcpy(pos,end);
        pos = strstr(pStr,"\n#");
    }   

}

//输出配置项信息
void printMsg(char *buf)
{
    char key[20] = " ";
    char value[20] = " ";
    char line[50] = " ";
    char *pos = buf;
    char *end = NULL;
    int flag = 0;

    printf("配置项信息如下:\n");

    pos = strchr(buf,'\n');
    end = strchr(pos,'=');

    while(end != NULL)
    {
        memset(key,0,sizeof(key));
        memset(value,0,sizeof(value));
        memcpy(key,pos+1,end - (pos + 1));

        pos = end;
        end = strchr(pos,'\r');
        if(end == NULL) //if the final data
        {
            flag = 1;
            break;
        }
        memcpy(value,pos+1,end - (pos + 1));

        sprintf(line,"%s-----%s",key,value);
        printf("%s\n",line);

        pos = end + 1;
        end = strchr(pos,'=');  
    }

    if(flag)    
    {
        end = strchr(pos,'\0');
        memcpy(value,pos+1,end - (pos + 1));
        sprintf(line,"%s-----%s",key,value);
        printf("%s\n",line);
    }
}

//修改配置文件 （传入的buf是未经处理的）
void updateFile(int fd,char *buf)
{
    char *pos = buf;
    char *end = NULL;
    char key[20] = "";
    char newvalue[20] = "";
    int lse;
    int count;

    printf("请输入配置参数: ");
    scanf("%s",key);
    printf("请输入配置参数的值: ");
    scanf("%s",newvalue);
    strcat(key,"=");
    pos = strstr(buf,key);
    if(pos == NULL)
    {
        printf("输入参数不存在！");
        return;
    }
    pos = pos + strlen(key);
    while(*pos == ' ')  //处理'='后面有空格的情况
    {
        pos = pos + 1;
    }
    end = strchr(pos,'\r');
    if(end == NULL) //if the final data
    {
        end = strchr(pos,'\0');
    }
    //修改文件
    lse = lseek(fd,pos-buf,SEEK_SET);
    write(fd,newvalue,end-pos); //注意新旧值的长度
    printf("修改成功！\n");
}

/*--------------------主函数---------------------*/
int main(int argc,char *argv[])
{
    int fd;
    int readByte = 0;
    char buf[512] = "";
    char option[3] = "";
    char filename[20] = "";
    int  index;
    int s_flag = 0;
    int f_flag = 0;
    struct flock lock = {0};

    //判断参数个数
    if(argc !=2 && argc != 3)
    {
        printf("输入格式有误！\n");
        return 1;
    }

    //打开配置文件
    strcpy(option,argv[1]);
    if(strcmp(option,"-f") == 0)    //打开指定文件
    {
        if(argc != 3)
        {
            printf("输入格式有误！\n");
            return 1;
        }
        f_flag = 1;
        strcpy(filename,argv[2]);
        fd = open(filename,O_RDWR,S_IRWXU|S_IRGRP);
    }
    else
    {
        fd = open("serial.cfg",O_RDWR,S_IRWXU|S_IRGRP);
    }

    if(fd == -1)
    {
        printf("运行失败，无法找到配置文件！\n");
        return 1;
    }

    //读取配置文件
    readByte = read(fd,buf,512);
    if(readByte <= 0)
    {
        printf("读文件失败！\n");
        return 1;
    }

    //判断是否已经加锁
    fcntl(fd,F_GETLK,&lock);
    if(lock.l_type != F_UNLCK)
    {
        printf("文件已经被上锁！执行错误\n");
        return 1;
    }
    //上锁
    memset(&lock,0,sizeof(struct flock));
    lock.l_whence   = SEEK_SET;
    lock.l_start        = 0;
    lock.l_len      = sizeof(buf);
    lock.l_type     =F_WRLCK;
    if((fcntl(fd,F_SETLK,&lock)) == -1)
    {
        printf("设置写锁失败！\n");
        return 1;
    }

    //操作
    if(f_flag || strcmp(option,"-p") == 0)  //打印配置信息
    {
        rm_space(buf);
        rm_annotation(buf);
        printMsg(buf);
    }
    else if(strcmp(option,"-s") == 0)   //进行菜单
    {
        while(!s_flag)
        {
            printf("1.修改配置项\n2.退出\n请输入选择: ");
            scanf("%d",&index);
            switch(index)
            {
                case 1:
                    updateFile(fd,buf);
                    break;
                case 2:
                    s_flag = 1;
                    break;
            }
        }

    }
    else
    {
        printf("serialchat用法:\n");
        printf("\t命令格式:serialchat [-options]\n ");
        printf("\t   [options]: p-输出打印serial.cfg各个配置项信息\n ");
        printf("\t   [options]: s-进行菜单\n ");
        printf("\t   [options]: f-指定配置文件\n ");
        printf("\t   [options]: 其他-查看帮助\n ");
    }

    //关闭文件
    close(fd);

    //释放锁
    lock.l_type     =F_UNLCK;
    fcntl(fd,F_SETLK,&lock);

    return 0;
}

运行结果：
1、 serialchat –p

2、 serialchat-s

3、 serialchat-f

4、 异常处理

5、 上锁
终端1：

终端2：