Linux 的文件模型是從 Unix 的繼承而來，所以 Linux 繼承了 UNIX 本身的大部分特性，然后加以擴展，本章從 UNIX 系統接口來描述 Linux 系統結構的特性。

操作系統是通過一系列的系統調用來提供服務的，系統調用可以簡單的定義為可以被用戶程序調用的

操作系統內的函數。一般說來，我們可以借助于系統調用來獲得更高的效率，或者訪問標準庫中沒有的某些功能。

本文主要從以下幾個方面講述嵌入式Linux系統編程文件相關的內容：

1 文件與文件訪問基本概念

2 Linux 文件

3 理解文件描述符

4 文件訪問基本概念

5 文件訪問的系統調用 API

6 文件的創建、打開和關閉

7 文件讀寫

8 文件的隨機存取

9 文件的訪問權限

10 修改文件屬性

11 其他常用的 API

12 實例: fopen 和 getc 函數的實現

2.1 文件與文件訪問基本概念

2.1.1 Linux 文件

對普通計算機用戶來說，文件是存儲在永久性存儲器上的一段數據流，通常是可執行程序或者是某種

格式的數據。文件放置于文件夾，文件夾放置于某個磁盤分區中。這是從普通計算機用戶眼里看到的文件。 但 Linux 操作系統中文件的概念，卻遠遠不局限與此，文件是 Linux 對大多數系統資源訪問的接口。

Linux 常見的文件類型：普通文件、目錄文件、設備文件、管道文件、套接字和鏈接文件等等。

(1)普通文件(regular file)，而前面提到的普通計算機用戶看到的文件，僅僅是 Linux 文件類型中的一種，我們稱之為普通文件，它們通常駐留在磁盤上的某處。普通文件按照信息存儲方式來劃分，可分為

文本文件和二進制文件：

文本文件：這類文件以文本的某種編碼(比如 ASCII 碼)形式存儲在存儲器中。它是以“行”為基本結構的一種信息組織和存儲方式。

二進制文件：這類文件以文本的二進制形式存儲在計算機中，用戶一般不能直接讀懂它們，只有通過

相應的軟件才能將其顯示出來。二進制文件一般是可執行程序、圖形、圖像、聲音等等。

例如用 ls 命令查看一個普通文件：

符號鏈接文件的屬性“lrwxrwxrwx”的第一個字母是“l”。

上述是 Linux 豐富的文件類型，包括除了普通文件和目錄文件之外的幾種“特殊文件”，正是由于這些“特殊文件”的存在，Linux 程序員可以按照統一的接口來實現基本文件讀寫、設備訪問、硬盤讀寫、網絡通信、系統終端，甚至內核狀態信息的訪問等等。無論是哪種類型的文件，Linux 都把他們看作是無結構的流式文件，把文件的內容看作是一系列有序的字符流。

在 Linux 操作系統中，和文件操作相關的最基本元素是：目錄結構、索引節點和文件的數據本身。

(1)目錄結構。系統中的每一個目錄都處于一定的目錄結構當中。目錄結構含有目錄中所有目錄的列表，每個目錄項都含有一個文件名稱和一個索引節點。借助于名稱，應用程序可以訪問目錄項的內容，而索引節點提供了文件自身的信息。所以，目錄只是將文件的名稱和它的索引節點號結合在一起的一張表，目錄中每一對文件名稱和索引節點號稱為一個連接。對于一個文件來說有唯一的索引節點號與之對應，對于一個索引節點號，卻可以有多個文件名與之對應。因此，在磁盤上的同一個文件可以通過不同的路徑去訪問它。

(2)索引節點。目錄結構包含文件名稱和目錄位置等信息，而索引節點本身并不包含這些信息，因為Linux 允許使用多個文件名來引用磁盤上的同一塊數據，多個文件名都可以訪問同一個索引節點。索引節點包含了一個文件的訪問權限、文件大小、文件最后更改的時間、文件的所有者和文件相關的特殊標志以及其他細節。

(3)文件的數據，它的存儲位置由索引節點指定。有些特殊文件，比如管道及設備文件，在硬盤上不具

有數據區域。而普通文件和目錄都擁有數據區域。

后面我們將了解如何獲取目錄結構信息、從索引節點獲取文件信息以及訪問文件的數據。

2.1.2 理解文件描述符

在 UNIX 類操作系統中，所有的外圍設備(包括鍵盤和顯示器)都被看作是文件系統中的文件，因此，

所有的輸入/輸出都要通過讀文件或寫文件完成。也就是說，通過一個單一的接口就可以處理外圍設備和程序之間的所有通信。

通常情況下，在讀或寫文件之前，必須先將這個意圖通知系統，該過程稱為打開文件。如果是寫一個

文件，則可能需要先創建該文件，也可能需要丟棄該文件中原先已存在的內容。系統檢查你的權力(該文件是否存在？是否有訪問它的權限？)，如果一切正常，操作系統將向程序返回一個小的非負整數，該整數稱為文件描述符。任何時候對文件的輸入/輸出都是通過文件描述符標識文件。(文件描述符類似于標準庫中的文件指針或 MS-DOS 中的文件句柄。)系統負責維護已打開文件的所有信息，用戶程序只能通過文件描述符引用文件。

因為大多數的輸入/輸出是通過鍵盤和顯示器來實現的，為了方便起見，UNIX 對此做了特別的安排。

當命令解釋程序(即“shell”)運行一個程序的時候，它將打開 3 個文件，對應的文件描述符分別為 0、1、 2，依次表示標準輸入、標準輸出和標準錯誤。如果程序從文件 0 中讀，對 1 和 2 進行寫，就可以進行輸入/輸出而不必關心打開文件的問題。

程序的使用者可通過“”重定向程序的 I/O：

program outfile

這種情況下，shell 把文件描述符 0 和 1 的默認值改為指定的文件。通常文件描述符 2 仍與顯示器相

關聯，這樣，出錯信息會輸出到顯示器上。與管道相關的輸入/輸出也有類似的特性。在任何情況下，文件賦值的改變都不是由程序完成的，而是由 shell 完成的。只要程序使用文件 0 作為輸入，文件 1 和 2作為輸出，它就不會知道程序的輸入從哪里來，并輸出到哪里去。

2.1.3 文件訪問基本概念

上一節我們提到和文件操作相關的最些本元素：目錄結構、索引節點和文件數據。通過 opendir()及

相關函數，可以獲取目錄結構信息。通過系統調用 stat()可以從索引節點獲得文件信息。通過常用的文件操作 open()、read()等等可以訪問文件的數據。Linux 提供了豐富的文件訪問接口，首先，我們需要了解Linux 文件訪問的實質，然后，才能靈活運用各種文件訪問函數以及系統調用進行文件操作。

在 Linux 操作系統中，每一個文件都有一個唯一的索引節點，而每個索引節點可以有一個或者多個指

向它的符號名，這些符號名就是文件的路徑名。一個文件路徑名只能指向一個索引節點(但一個索引節點可以有多個路徑名)，因此文件路徑名唯一的標識單個文件。比如“/home/alex/myfile.txt”是一個文件路

徑名，指向的是“/home/alex”目錄下的 myfile.txt 文件，通過“/home/alex/myfile.txt”這個路徑名只能訪問到這個文件。

程序要訪問一個文件，首先需要通過一個文件路徑名打開文件。當進程打開一個文件的時候，進程將

獲得一個非負整數標識，即“文件描述符”。通過文件描述符，可以對文件進行 I/O 處理。

在 Linux 操作系統中各種類型的文件都采用統一的 I/0 方法來進行訪問。因此，從磁盤中讀取一個文

件中的程序和從網絡中讀取數據的程序一樣簡單，而且，程序員可以使用統一接口來訪問硬件設備和系統端口等等。

對文件執行 I/0 操作，有兩種基本方式：一種是系統調用的 I/0 方法，另一種是基于流的 I/O 方法。

系統調用的 I/O 方法提供了最基本的文件訪問接口，包括 open()、close()、write()、read()和 lseek()

等。基于流的 I/0 方法實際上是建立在系統調用的 I/0 方法基礎上的 C 函數庫，它基于系統調用方法的封裝并增加了額外的功能，例如采用緩沖技術來提高程序的效率、輸入解析以及格式化輸出等。然而在處理設備、管道、網絡套接字和其他特殊類型的文件的時候，必須使用系統調用 I/0 方法。

系統調用 I/0 方法和基于流的 I/0 方法的區別是：

(1)基于流的文件操作函數的名字都是以字母“f”開頭，而系統調用函數則不同。例如流函數 fopen()

對應于系統調用的 open()。

(2)系統調用 I/0 方法是更低一級的接口，通常完成相同的任務是，比使用基于流的 I/0 方法需要更多

編碼的工作量。

(3)系統調用直接處理文件描述符，而流函數則處理“FILE*”類型的文件句柄。

(4)基于流的 I/0 方法是對系統調用方法的封裝，流 I/0 方法使用自動緩沖技術，使程序能減少系統調

用，從而提高程序的性能。

(5)基于流的 I/0 方法可以支持格式化輸出，比如使用 fprintf()這樣的函數。

(6)基于流的 I/0 方法替用戶處理有關系統調用的細節，比如系統調用被信號中斷的處理等等。

基于流的 I/0 方法顯然給程序員提供了極大的方便，但是某些程序卻不能使用基于流的 I/0 方法。比

如使用緩沖技術使得網絡通信陷入困境，因為它將干擾網絡通訊所使用的通信協議。考慮到這兩種 I/O 方法的不同，在使用終端或者通過文件交換信息是，通常采用基于流的 I/O 方法。而使用網絡或者管道通信時，通常采用系統調用的 I/O 方法。

源文件：read_test.c

#include #include #include int main( int argc, char **argv ) {int fd_read;char buf[100];int ret;/*判斷是否傳入文件名*/if( argc < 2 ){printf("Usage: read_test FILENAME");return -1;}/*打開要讀取的文件*/fd_read = open( argv[1], O_RDONLY );if( fd_read == -1 ){perror( "open error" );return -1;}/*讀取數據*/ret = read( fd_read, buf, sizeof( buf ) );printf("read return = [%d]", ret );/*如果讀出數據，則打印數據*/if( ret >= 0 ){printf("=========== buf ===========");printf("%s", buf );printf("===========================");}else{perror( "read error" );}close( fd_read );return 0;}

總結

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