系统级IO实践学习记录

代码分析

cp1.c

功能：复制文件。


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

#define BUFFERSIZE      4096
#define COPYMODE        0644 //文件权限位 

void oops(char *, char *);

int main(int argc, char *argv[])
{
	int in_fd, out_fd, n_chars;
	char buf[BUFFERSIZE];
	//操作错误，描述符不为3，输出提示后退出。
	if (argc != 3) {
		fprintf(stderr, "usage: %s source destination\n", *argv);
		exit(1);
	}
	
	//读取文件出错，提示错误后退出。
	if ((in_fd = open(argv[1], O_RDONLY)) == -1)
		oops("Cannot open ", argv[1]);
	
	//创建文件出错，提示错误后退出
	if ((out_fd = creat(argv[2], COPYMODE)) == -1)
		oops("Cannot creat", argv[2]);

	
	while ((n_chars = read(in_fd, buf, BUFFERSIZE)) > 0)
		if (write(out_fd, buf, n_chars) != n_chars)
			oops("Write error to ", argv[2]);//写入文件出错，提示错误后退出
	if (n_chars == -1)
		oops("Read error from ", argv[1]);//读取文件出错提示错误后退出

	//关闭文件流失败，提示错误后退出
	if (close(in_fd) == -1 || close(out_fd) == -1)
		oops("Error closing files", "");
}


//输出错误消息函数
void oops(char *s1, char *s2)
{
	fprintf(stderr, "Error: %s ", s1);
	perror(s2);
	exit(1);
}

cp运行效果图:

cp运行错误效果图:

echostate.c

功能：显示终端状态。

include <stdio.h>

include <stdlib.h>

include <termios.h>

int main()
{
struct termios info;
int rv;

rv = tcgetattr( 0, &info ); //获取终端的相关参数存储在info中，返回终端的文件描述符。

//终端打开出错，输出提示并退出。
if ( rv == -1 ){
perror( "tcgetattr");
exit(1);
}
//判断终端是否处在开启显示输入字符状态。
if ( info.c_lflag & ECHO )
printf(" echo is on , since its bit is 1\n");
else
printf(" echo is OFF, since its bit is 0\n");

return 0;
}

termios结构体说明

termios结构体中，该结构体一般包括如下的成员：

tcflag_t c_iflag;
tcflag_t c_oflag;
tcflag_t c_cflag;
tcflag_t c_lflag;
cc_t c_cc[NCCS];

c_iflag：输入模式标志，控制终端输入方式。

c_iflag参数表

键值	说明
IGNBRK	忽略BREAK键输入
BRKINT	如果设置了IGNBRK，BREAK键输入将被忽略
IGNPAR	忽略奇偶校验错误
PARMRK	标识奇偶校验错误
INPCK	允许输入奇偶校验
ISTRIP	去除字符的第8个比特
INLCR	将输入的NL（换行）转换成CR（回车）
IGNCR	忽略输入的回车
ICRNL	将输入的回车转化成换行（如果IGNCR未设置的情况下）
IUCLC	将输入的大写字符转换成小写字符（非POSIX）
IXON	允许输出时对XON/XOFF流进行控制
IXANY	输入任何字符将重启停止的输出
IXOFF	允许输入时对XON/XOFF流进行控制
IMAXBEL	当输入队列满的时候开始响铃

c_oflag：输出模式标志，控制终端输出方式。

c_oflag参数

键值	说明
OPOST	处理后输出
OLCUC	将输入的小写字符转换成大写字符（非POSIX）
ONLCR	将输入的NL（换行）转换成CR（回车）及NL（换行）
OCRNL	将输入的CR（回车）转换成NL（换行）
ONOCR	第一行不输出回车符
ONLRET	不输出回车符
OFILL	发送填充字符以延迟终端输出
OFDEL	以ASCII码的DEL作为填充字符，如果未设置该参数，填充字符为NUL
NLDLY	换行输出延时，可以取NL0（不延迟）或NL1（延迟0.1s）
CRDLY	回车延迟，取值范围为：CR0、CR1、CR2和 CR3
TABDLY	水平制表符输出延迟，取值范围为：TAB0、TAB1、TAB2和TAB3
BSDLY	空格输出延迟，可以取BS0或BS1
VTDLY	垂直制表符输出延迟，可以取VT0或VT1
FFDLY	换页延迟，可以取FF0或FF1

c_cflag：控制模式标志，指定终端硬件控制信息。

c_cflag参数

键值	说明
CBAUD	波特率（4+1位）（非POSIX）
CBAUDEX	附加波特率（1位）（非POSIX）
CSIZE	字符长度，取值范围为CS5、CS6、CS7或CS8
CSTOPB	设置两个停止位
CREAD	使用接收器
PARENB	使用奇偶校验
PARODD	对输入使用奇偶校验，对输出使用偶校验
HUPCL	关闭设备时挂起
CLOCAL	忽略调制解调器线路状态
CRTSCTS	使用RTS/CTS流控制

c_lflag：本地模式标志，控制终端编辑功能。

c_lflag参数

键值	说明
ISIG	当输入INTR、QUIT、SUSP或DSUSP时，产生相应的信号
ICANON	使用标准输入模式
XCASE	在ICANON和XCASE同时设置的情况下，终端只使用大写。
ECHO	显示输入字符
ECHOE	如果ICANON同时设置，ERASE将删除输入的字符
ECHOK	如果ICANON同时设置，KILL将删除当前行
ECHONL	如果ICANON同时设置，即使ECHO没有设置依然显示换行符
ECHOPRT	如果ECHO和ICANON同时设置，将删除打印出的字符（非POSIX）
TOSTOP	向后台输出发送SIGTTOU信号

- c_cc[NCCS]：控制字符，用于保存终端驱动程序中的特殊字符，如输入结束符等。

c_cc支持的控制字符

宏	说明	宏	说明
VINTR	Interrupt字符	VEOL	附加的End-of-file字符
VQUIT	Quit字符	VTIME	非规范模式读取时的超时时间
VERASE	Erase字符	VSTOP	Stop字符
VKILL	Kill字符	VSTART	Start字符
VEOF	End-of-file字符	VSUSP	Suspend字符
VMIN	非规范模式读取时的最小字符数

运行效果： ![](http://images2015.cnblogs.com/blog/745844/201511/745844-20151114212055447-1392179809.png)

fileinfo.c

功能：查看文件信息。


 #include <stdio.h> 
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/stat.h>

void show_stat_info(char *, struct stat *);

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct stat info;        
//打开文件
   if (argc>1)
	{
        if( stat(argv[1], &info) != -1 ){
            show_stat_info( argv[1], &info );
            return 0;
        }
        else
            perror(argv[1]);  
	}
    return 1;
}
//输出文件信息函数
void show_stat_info(char *fname, struct stat *buf)
{
    printf("   mode: %o\n", buf->st_mode); //输出文件的模式       
    printf("  links: %d\n", buf->st_nlink);//输出文件的连接数        
    printf("   user: %d\n", buf->st_uid);  //输出文件的所有者        
    printf("  group: %d\n", buf->st_gid);  //输出文件的对应组        
    printf("   size: %d\n", (int)buf->st_size);//输出文件的字节数         
    printf("modtime: %d\n", (int)buf->st_mtime);//输出文件最后修改时间        
    printf("   name: %s\n", fname );//输出文件名               
}

stat函数原型

在"sys/stat.h"库中。

int stat(const char *restrict pathname, struct stat *restrict buf);

提供文件名字，获取文件对应属性。

文件对应属性

struct stat {

mode_t st_mode; //文件对应的模式，文件，目录等
ino_t st_ino; //inode节点号
dev_t st_dev; //设备号码
dev_t st_rdev; //特殊设备号码
nlink_t st_nlink; //文件的连接数
uid_t st_uid; //文件所有者
gid_t st_gid; //文件所有者对应的组
off_t st_size; //普通文件，对应的文件字节数
time_t st_atime; //文件最后被访问的时间
time_t st_mtime; //文件内容最后被修改的时间
time_t st_ctime; //文件状态改变时间
blksize_t st_blksize; //文件内容对应的块大小
blkcnt_t st_blocks; //文件内容对应的块数量
};
运行效果：

filesize.c

功能：显示文件passwd的大小。

include <stdio.h>

include <sys/stat.h>

int main()
{
struct stat infobuf;
if ( stat( "/etc/passwd", &infobuf) == -1 )
perror("/etc/passwd");
else
printf(" The size of /etc/passwd is %d\n", infobuf.st_size );
}
运行效果：

ls1.c

功能：显示当前文件夹所有文件的文件名。

include <stdio.h>

include <sys/types.h>

include <dirent.h>

void do_ls(char []);

int main(int argc, char *argv[])
{
if ( argc == 1 )
do_ls( "." );
else
while ( --argc ){
printf("%s:\n", *++argv );
do_ls( *argv );
}

return 0;
}

void do_ls( char dirname[] )
{
DIR *dir_ptr; //设置打开目录指针
struct dirent *direntp; //设置目录信息存储结构体指针

if ( ( dir_ptr = opendir( dirname ) ) == NULL )
fprintf(stderr,"ls1: cannot open %s\n", dirname);//打开目录失败，输出错误信息
else
{
while ( ( direntp = readdir( dir_ptr ) ) != NULL )
printf("%s\n", direntp->d_name );//输出目录中文件名
closedir(dir_ptr);//关闭文件流
}
}

DIR：文件流结构体。

struct __dirstream
{
void __fd; / 'struct hurd_fd' pointer for descriptor. */
char __data; / Directory block. /
int __entry_data; / Entry number __data' corresponds to. */ char *__ptr; /* Current pointer into the block. */ int __entry_ptr; /* Entry number __ptr' corresponds to. /
size_t __allocation; / Space allocated for the block. /
size_t __size; / Total valid data in the block. /
__libc_lock_define (, __lock) / Mutex lock for this structure. */
};

typedef struct __dirstream DIR;
dirent结构体：包含在头文件"dirent.h"，作用：为了获取某文件夹目录内容，所使用的结构体。

struct dirent
{
long d_ino; /* inode number 索引节点号 /
off_t d_off; / offset to this dirent 在目录文件中的偏移 /
unsigned short d_reclen; / length of this d_name 文件名长 /
unsigned char d_type; / the type of d_name 文件类型 /
char d_name [NAME_MAX+1]; / file name (null-terminated) 文件名，最长256字符 */
}
运行效果：

ls2.c

功能：显示当前文件夹下所有文件的详细信息。

include <stdio.h>

include <string.h>

include <sys/types.h>

include <dirent.h>

include <sys/stat.h>

void do_ls(char[]);
void dostat(char *);
void show_file_info( char *, struct stat *);
void mode_to_letters( int , char [] );
char *uid_to_name( uid_t );
char *gid_to_name( gid_t );

int main(int argc, char *argv[])
{
if ( argc == 1 )
do_ls( "." );
else
while ( --argc ){
printf("%s:\n", *++argv );
do_ls( *argv );
}

return 0;
}

void do_ls( char dirname[] )
{
DIR *dir_ptr;
struct dirent *direntp;

if ( ( dir_ptr = opendir( dirname ) ) == NULL )
fprintf(stderr,"ls1: cannot open %s\n", dirname);//打开文件失败，输出错误并退出
else
{
while ( ( direntp = readdir( dir_ptr ) ) != NULL )
dostat( direntp->d_name );
closedir(dir_ptr); //关闭文件流
}
}

void dostat( char *filename )
{
struct stat info;

if ( stat(filename, &info) == -1 )//读取文件失败输出错误并退出
perror( filename );
else
show_file_info( filename, &info );//输出文件详细信息
}

void show_file_info( char *filename, struct stat *info_p )
{
char *uid_to_name(), *ctime(), *gid_to_name(), *filemode();
void mode_to_letters();
char modestr[11];

mode_to_letters( info_p->st_mode, modestr );//将文件权限位存入modestr中

printf( "%s" , modestr );
printf( "%4d " , (int) info_p->st_nlink);
printf( "%-8s " , uid_to_name(info_p->st_uid) );
printf( "%-8s " , gid_to_name(info_p->st_gid) );
printf( "%8ld " , (long)info_p->st_size);
printf( "%.12s ", 4+ctime(&info_p->st_mtime));
printf( "%s\n" , filename );

}

void mode_to_letters( int mode, char str[] )
{
strcpy( str, "----------" );

if ( S_ISDIR(mode) ) str[0] = 'd'; //判断是否为目录
if ( S_ISCHR(mode) ) str[0] = 'c'; //判断是否为字符设置
if ( S_ISBLK(mode) ) str[0] = 'b'; //判断是否为块设备

if ( mode & S_IRUSR ) str[1] = 'r';
if ( mode & S_IWUSR ) str[2] = 'w';
if ( mode & S_IXUSR ) str[3] = 'x';

if ( mode & S_IRGRP ) str[4] = 'r';
if ( mode & S_IWGRP ) str[5] = 'w';
if ( mode & S_IXGRP ) str[6] = 'x';

if ( mode & S_IROTH ) str[7] = 'r';
if ( mode & S_IWOTH ) str[8] = 'w';
if ( mode & S_IXOTH ) str[9] = 'x';
}

include <pwd.h>

//读取当前用户信息
char *uid_to_name( uid_t uid )
{
struct passwd *getpwuid(), *pw_ptr;
static char numstr[10];

if ( ( pw_ptr = getpwuid( uid ) ) == NULL ){
sprintf(numstr,"%d", uid);
return numstr;
}
else
return pw_ptr->pw_name ;
}

include <grp.h>

char *gid_to_name( gid_t gid )
{
struct group *getgrgid(), *grp_ptr;
static char numstr[10];

if ( ( grp_ptr = getgrgid(gid) ) == NULL ){
sprintf(numstr,"%d", gid);
return numstr;
}
else
return grp_ptr->gr_name;
}

stat用来判断没有打开的文件,fstat用来判断打开的文件。
我们使用最多的属性是st_mode.通过着属性我们可以判断给定的文件是一个普通文件还是一个目录,连接等等。可以使用下面几个宏来判断:

S_ISLNK(st_mode):是否是一个连接。

S_ISREG:是否是一个常规文件。

S_ISDIR:是否是一个目录。

S_ISCHR:是否是一个字符设备。

S_ISBLK:是否是一个块设备。

S_ISFIFO:是否是一个FIFO文件。

S_ISSOCK:是否是一个SOCKET文件。
在"pwd.h"中定义的passwd结构体

struct passwd
{
char * pw_name; /* Username, POSIX.1 /
char * pw_passwd; / Password /
__uid_t pw_uid; / User ID, POSIX.1 /
__gid_t pw_gid; / Group ID, POSIX.1 /
char * pw_gecos; / Real Name or Comment field /
char * pw_dir; / Home directory, POSIX.1 /
char * pw_shell; / Shell Program, POSIX.1 */
char *pw_class;
time_t pw_change;
time_t pw_expire;
};
在POSIX.1中只指定了passwd结构包含的10个字段的五个。大多数平台至少支持其中七个字段。bsd派生的平台支持全部十个字段。

运行效果：

setecho.c

功能：设置终端属性

include <stdio.h>

include <stdlib.h>

include <termios.h>

define oops(s,x)

int main(int argc, char *argv[])
{
struct termios info;

if ( argc == 1 )
exit(0);

if ( tcgetattr(0,&info) == -1 ) /* get attribs */
oops("tcgettattr", 1);

if ( argv[1][0] == 'y' )
info.c_lflag |= ECHO ; /* turn on bit /
else
info.c_lflag &= ~ECHO ; / turn off bit */

if ( tcsetattr(0,TCSANOW,&info) == -1 ) /* set attribs */
oops("tcsetattr",2);

return 0;
}

tcsetattr函数用于设置终端的相关参数。参数fd为打开的终端文件描述符，参数optional_actions用于控制修改起作用的时间，而结构体termios_p中保存了要修改的参数。

optional_actions可以取如下的值：
TCSANOW：不等数据传输完毕就立即改变属性。
TCSADRAIN：等待所有数据传输结束才改变属性。
TCSAFLUSH：清空输入输出缓冲区才改变属性。
错误信息：
EBADF：非法的文件描述符。
EINTR：tcsetattr函数调用被信号中断。
EINVAL：参数optional_actions使用了非法值，或参数termios中使用了非法值。
ENCTTY：非终端的文件描述符。

spwd.c

功能:显示当前文件夹路径。

include <stdio.h>

include <stdlib.h>

include <string.h>

include <sys/types.h>

include <sys/stat.h>

include <dirent.h>

ino_t get_inode(char *);
void printpathto(ino_t);
void inum_to_name(ino_t , char *, int );

int main()
{
printpathto( get_inode( "." ) );
putchar('\n');
return 0;
}

//输出目录名函数
void printpathto( ino_t this_inode )
{
ino_t my_inode ; //索引节点号
char its_name[BUFSIZ];

if ( get_inode("..") != this_inode )
{
chdir( ".." );//更改当前的工作目录

inum_to_name(this_inode,its_name,BUFSIZ);//获取this_node节点的目录名

my_inode = get_inode( "." );//获取当前目录的索引节点号
printpathto( my_inode ); //打印上级目录名
printf("/%s", its_name ); //输出当前目录名

}
}

//获取目录名函数
void inum_to_name(ino_t inode_to_find , char *namebuf, int buflen)
{
DIR *dir_ptr;
struct dirent *direntp;

dir_ptr = opendir( "." );
if ( dir_ptr == NULL ){
perror( "." );
exit(1);
}

while ( ( direntp = readdir( dir_ptr ) ) != NULL )
if ( direntp->d_ino == inode_to_find )
{
strncpy( namebuf, direntp->d_name, buflen);
namebuf[buflen-1] = '\0';
closedir( dir_ptr );
return;
}
fprintf(stderr, "error looking for inum %d\n", (int) inode_to_find);
exit(1);
}

//获取索引节点号函数
ino_t get_inode( char *fname )
{
struct stat info;

if ( stat( fname , &info ) == -1 ){
fprintf(stderr, "Cannot stat ");
perror(fname);
exit(1);
}
return info.st_ino;
}

运行效果：

testioctl.c

功能：获取终端的大小

include <stdio.h>

include <stdlib.h>

include <unistd.h>

include <sys/ioctl.h>

int main()
{
struct winsize size;
if( isatty(STDOUT_FILENO) == 0)//判断文件描述符是否为终端机
exit(1);
//获取当前终端的大小
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;
}

linux 系统提供了一个跟踪终端大小的功能，内核为每个终端或者是伪终端保存了一个 winsize 结构体，这个结构体中保存了当前终端大小的信息，这个结构体如下：

struct winsize {
unsigned short ws_row;
unsigned short ws_col;
unsigned short ws_xpixel;//x轴像素长度
unsigned short ws_ypixel;//y轴像素长度
};
通过 ioctl 函数的 TIOCGWINSZ 命令可以取winsize结构体的当前值。当然也可以通过 ioctl 的 TIOCSWINSZ 命令可以将winsize结构体的新值存放到内核中，如果新值与存放在内核中的当前值不同，则会向前台进程组发送SIGWINCH信号，系统对此信号的默认处理是忽略该信号。

运行效果：

who1.c&who2

功能：显示用户的登录名，登录装置名称，登录时间（单位为秒），登录账号的远程主机名称。

include <stdio.h>

include <stdlib.h>

include <utmp.h>

include <fcntl.h>

include <unistd.h>

define SHOWHOST

int show_info( struct utmp *utbufp )
{
printf("%-8.8s", utbufp->ut_name);//打印用户名
printf(" ");
printf("%-8.8s", utbufp->ut_line);//打印登录装置名
printf(" ");
printf("%10ld", utbufp->ut_time);//打印时间
printf(" ");
#ifdef SHOWHOST
printf("(%s)", utbufp->ut_host);//打印登录账号的远程主机名称
#endif
printf("\n");

return 0;
}
int main()
{
struct utmp current_record;
int utmpfd;
int reclen = sizeof(current_record);

if ( (utmpfd = open(UTMP_FILE, O_RDONLY)) == -1 ){
perror( UTMP_FILE );
exit(1);
}
while ( read(utmpfd, &current_record, reclen) == reclen )
show_info(&current_record);//打印登录信息
close(utmpfd);
return 0;
}

utmp结构体

struct utmp
{
short int ut_type; // 登录类型
pid_t ut_pid; // login进程的pid
char ut_line[UT_LINE_SIZE]; // 登录装置名，省略了"/dev/"
char ut_id[4]; // Inittab ID
char ut_user[UT_NAMESIZE]; // 登录账号
char ut_host[UT_HOSTSIZE]; // 登录账号的远程主机名称
struct exit_status ut_exit; // 当类型为DEAD_PROCESS时进程的结束状态
long int ut_session; // SessionID
struct timeval ut_tv; // 时间记录
int32_t ut_addr_v6[4]; // 远程主机的网络地址
char __unused[20]; // 保留未使用
};
ut_type有以下几种类型：

EMPTY：此为空的记录
RUN_LVL：记录系统run-level的改变
BOOT_TIME：记录系统开机时间
NEW_TIME:记录系统时间改变后的时间
OLD_TIME:记录当改变系统时间时的时间
INIT_PROCESS:记录一个由init衍生出来的进程
LOGIN_PROCESS:记录login进程
USER_PROCESS:记录一般进程
DEAD_PROSESS:记录一结束的进程
ACCOUNTING:目前尚未被使用