Linux应用程序常用函数        在linux应用程序设计中，通常不需要去了底层的驱动是怎么实现的，只需要利用系统提供的接口函数，就可以去访问底层设备。这篇文档是记录自己学习《嵌入式linux应用程序开发详解》，其中主要介绍在应用程序中一些常用函数，并通过实例来介绍这些函数的用法。其中主要介绍了基于文件IO的编程，例如打开关闭，读写等等；进程及进程间通信；最后介绍了基于网络的的socket编程。   一：文件 I/O编程 通过上面的系统框图，可以发现，应用程序有两种方式进行系统调用，直接调用和通过C库函数调用，也即是利用linux系统提供的文件IO和标准C库函函数的IO来进行系统调用。先说说基于linux系统的文件IO操作。 ㈠不带缓存的文件IO操作 1. open（）函数 功能描述：用于打开或创建文件，在打开或创建文件时可以指定文件的属性及用户的权限等各种参数。 所需头文件: #include #include #include 函数原型:intopen(const char *pathname,int flags,int perms) 参数： pathname:被打开的文件名（可包括路径名如"dev/ttyS0"） flags:文件打开方式, O_RDONLY:以只读方式打开文件 O_WRONLY:以只写方式打开文件 O_RDWR:以读写方式打开文件 O_CREAT:如果改文件不存在，就创建一个新的文件，并用第三个参数为其设置权限 O_EXCL:如果使用O_CREAT时文件存在，则返回错误消息。这一参数可测试文件是否存在。此时open是原子操作，防止多个进程同时创建同一个文件 O_NOCTTY:使用本参数时，若文件为终端，那么该终端不会成为调用open()的那个进程的控制终端 O_TRUNC:若文件已经存在，那么会删除文件中的全部原有数据，并且设置文件大小为0 O_APPEND:以添加方式打开文件，在打开文件的同时，文件指针指向文件的末尾，即将写入的数据添加到文件的末尾 O_NONBLOCK: 如果pathname指的是一个FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选择项为此文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式。 O_SYNC:使每次write都等到物理I/O操作完成。 O_RSYNC:read 等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行 在open()函数中，falgs参数可以通过“|”组合构成，但前3个标准常量（O_RDONLY，O_WRONLY，和O_RDWR）不能互相组合。 perms:被打开文件的存取权限，可以用两种方法表示，可以用一组宏定义：S_I(R/W/X)(USR/GRP/OTH),其中R/W/X表示读写执行权限， USR/GRP/OTH分别表示文件的所有者/文件所属组/其他用户,如S_IRUUR|S_IWUUR|S_IXUUR,（-rex------）,也可用八进制800表示同样的权限 返回值： 成功：返回文件描述符 失败：返回-1   2. close（）函数 功能描述：用于关闭一个被打开的的文件 所需头文件：#include 函数原型:intclose(int fd) 参数：fd文件描述符 函数返回值：0成功，-1出错   3. read（）函数 功能描述：从文件读取数据。 所需头文件：#include 函数原型：ssize_tread(int fd, void *buf, size_t count); 参数： fd：将要读取数据的文件描述词。 buf：指缓冲区，即读取的数据会被放到这个缓冲区中去。 count：表示调用一次read操作，应该读多少数量的字符。 返回值：返回所读取的字节数；0（读到EOF）；-1（出错）。 以下几种情况会导致读取到的字节数小于count ： A. 读取普通文件时，读到文件末尾还不够count 字节。例如：如果文件只有30 字节，而我们想读取 100 字节，那么实际读到的只有30 字节，read 函数返回 30 。此时再使用 read 函数作用于这个文件会导致 read 返回 0 。 B. 从终端设备（terminal device）读取时，一般情况下每次只能读取一行。 C. 从网络读取时，网络缓存可能导致读取的字节数小于 count字节。 D. 读取 pipe 或者 FIFO 时，pipe 或 FIFO 里的字节数可能小于count 。 E. 从面向记录（record-oriented）的设备读取时，某些面向记录的设备（如磁带）每次最多只能返回一个记录。 F. 在读取了部分数据时被信号中断。 读操作始于 cfo 。在成功返回之前，cfo 增加，增量为实际读取到的字节数。   4. write（）函数 功能描述：向文件写入数据。 所需头文件：#include 函数原型：ssize_twrite(int fd, void *buf, size_t count); 返回值：写入文件的字节数（成功）；-1（出错） 功能：write 函数向 filedes 中写入count 字节数据，数据来源为 buf 。返回值一般总是等于 count，否则就是出错了。常见的出错原因是磁盘空间满了或者超过了文件大小限制。 对于普通文件，写操作始于cfo 。如果打开文件时使用了O_APPEND，则每次写操作都将数据写入文件末尾。成功写入后，cfo 增加，增量为实际写入的字节数。   5. lseek（）函数 功能描述：用于在指定的文件描述符中将将文件指针定位到相应位置。 所需头文件：#include，#include 函数原型：off_tlseek(int fd, off_t offset,int whence); 参数： fd;文件描述符 offset:偏移量，每一个读写操作所需要移动的距离，单位是字节，可正可负（向前移，向后移） whence: SEEK_SET:当前位置为文件的开头，新位置为偏移量的大小 SEEK_CUR:当前位置为指针的位置，新位置为当前位置加上偏移量 SEEK_END:当前位置为文件的结尾，新位置为文件大小加上偏移量的大小 返回值： 成功：返回当前位移 失败：返回-1   ㈡标准IO操作 下面的这图能很好的反映，用户通过文件IO和标准IO进行系统调用的区别。 标准IO操作：标准I/O是ANSIC建立的一个标准I/O模型，是一个标准函数包和stdio.h头文件中的定义，具有一定的可移植性。 文件IO操作：称之为不带缓存的IO（unbuffered I/O)。不带缓存指的是每个read，write都调用内核中的一个系统调用。也就是一般所说的低级I/O——操作系统提供的基本IO服务，与os绑定，特定于linix或unix平台。   首先：两者一个显著的不同点在于，标准I/O默认采用了缓冲机制，比如调用fopen函数，不仅打开一个文件，而且建立了一个缓冲区（读写模式下将建立两个缓冲区），还创建了一个包含文件和缓冲区相关数据的数据结构。低级I/O一般没有采用缓冲，需要自己创建缓冲区，不过其实在linix或unix系统中，都是有使用称为内核缓冲的技术用于提高效率，读写调用是在内核缓冲区和进程缓冲区之间进行的数据复制。    其次从操作的设备上来区分，文件I/O主要针对文件操作，读写硬盘等，它操作的是文件描述符，标准I/O针对的是控制台，打印输出到屏幕等，它操作的是字符流。对于不同设备得特性不一样，必须有不同api访问才最高效。    标准IO的一些常用函数Fopen(),fclose(),fread(),fwrite();   ㈢如何避免竞争 上面只是简单介绍文件操作的基本操作，如果当多个用户共同使用和操作一个文件时，就回导致对共享资源的的竞争，该怎么解决竞争呢？Linux最常用的办法就是给文件上锁。文件锁又包括建议性锁和强制性锁。实现上锁的方法有lock和fcntl，lock用于对文件施加建议性锁，而fcntl用于对文件施加强制性锁。同时，fcntl还能对文件的某一记录进行上锁，也就是记录锁，记录锁可以分为读取锁和写入锁，其中读取锁为共享锁，写入锁为互斥锁。 int fcntl(int fd,int cmd,struct flock * lock); 　　 fcntl()用来操作文件描述符的一些特性。参数fd代表欲设置的文件描述词，参数cmd代表欲操作的指令。　　 有以下几种情况: 　　 F_DUPFD用来查找大于或等于参数arg的最小且仍未使用的文件描述词，并且复制参数fd的文件描述词。执行成功则返回新复制的文件描述词。请参考dup2()。 F_GETFD取得close-on-exec旗标。若此旗标的FD_CLOEXEC位为0，代表在调用exec()相关函数时文件将不会关闭。　　 F_SETFD 设置close-on-exec 旗标。该旗标以参数arg 的FD_CLOEXEC位决定。　　F_GETFL 取得文件描述词状态旗标，此旗标为open（）的参数flags。　　 F_SETFL 设置文件描述词状态旗标，参数arg为新旗标，但只允许O_APPEND、O_NONBLOCK和O_ASYNC位的改变，其他位的改变将不受影响。　　 F_GETLK 取得文件锁定的状态。　　 F_SETLK 设置文件锁定的状态。此时flcok 结构的l_type 值必须是F_RDLCK、F_WRLCK或F_UNLCK。如果无法建立锁定，则返回-1，错误代码为EACCES 或EAGAIN。　　F_SETLKW F_SETLK 作用相同，但是无法建立锁定时，此调用会一直等到锁定动作成功为止。若在等待锁定的过程中被信号中断时，会立即返回-1，错误代码为EINTR。 参数lock指针为flock 结构指针，定义如下　　 struct flcok 　　{ 　　 short intl_type; 　　 short intl_whence; 　　 off_t l_start; 　　 off_t l_len; 　　 pid_t l_pid; 　　}; 　　 l_type 有三种状态: 　　 F_RDLCK 建立一个供读取用的锁定　　 F_WRLCK 建立一个供写入用的锁定　　 F_UNLCK 删除之前建立的锁定　　 l_whence 也有三种方式: 　　 SEEK_SET 以文件开头为锁定的起始位置。　　 SEEK_CUR 以目前文件读写位置为锁定的起始位置　　 SEEK_END 以文件结尾为锁定的起始位置。　　 返回值成功则返回0，若有错误则返回-1，错误原因存于errno. Fcntl实例 #include #include #include #include #include #include   /*利用fcntl创建记录锁*/ voidlock_set(int fd,int type) {         struct flock lock;         lock.l_whence = SEEK_SET;         lock.l_len = 0;         lock.l_start = 0;         while(1)         {                 lock.l_type = type;   /*根据不同的type给文件上锁*/                 if((fcntl(fd, F_SETLK,&lock)) == 0)                 {                         if(lock.l_type ==F_RDLCK)                                printf("read lock is set by %d ", getpid());                         else if(lock.l_type ==F_WRLCK )                                printf("write lock is set by %d ", getpid());                         else if(lock.l_type ==F_UNLCK)                                printf("release lock is set by %d ", getpid());                         return;                 }   /*判断文件是否可以上锁*/                       fcntl(fd, F_GETLK, &lock);                 if(lock.l_type != F_UNLCK)                 {                         if(lock.l_type ==F_RDLCK)/*该文件已有读入琐*/                                printf("read lock is set by %d ", lock.l_pid);                         else if(lock.l_type ==F_WRLCK )/*该文件已有写入锁*/                                printf("write lock already set by %d ", lock.l_pid);                 }         } }   int main(void) {         int fd;         fd =open("/home/fany/application/io/hello.c", O_RDWR, 0666);         if(fd < 0)         {                 perror("openfailed ");                 exit(1);         }         /*给文件加锁*/         lock_set(fd,F_RDLCK);         getchar();             /*给文件解锁*/         lock_set(fd,F_UNLCK);         getchar();         close(fd); }   ㈣select函数实例 Fcntl函数解决了因争抢共享资源而发生的竞态，而select函数是处理IO复用的一个高效的方法。他可以设置每一个所关心的文件描述符的条件，希望等待时间，从select返回时，内核会通知用户已准备好的文件描述符的数量，已准备好的条件等。 int select(intmaxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval*timeout); 先说明两个结构体： 第一，struct fd_set可以理解为一个集合，这个集合中存放的是文件描述符(file descriptor)，即文件句柄，这可以是我们所说的普通意义的文件，当然Unix下任何设备、管道、FIFO等都是文件形式，全部包括在内，所以毫无疑问一个socket就是一个文件，socket句柄就是一个文件描述符。fd_set集合可以通过一些宏由人为来操作，比如清空集合FD_ZERO(fd_set *)，将一个给定的文件描述符加入集合之中FD_SET(int ,fd_set *)，将一个给定的文件描述符从集合中删除FD_CLR(int ,fd_set*)，检查集合中指定的文件描述符是否可以读写FD_ISSET(int ,fd_set* )。一会儿举例说明。 第二，struct timeval是一个大家常用的结构，用来代表时间值，有两个成员，一个是秒数，另一个是毫秒数。 具体解释select的参数： int maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，不能错！在Windows中这个参数的值无所谓，可以设置不正确。 fd_set *readfds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的读变化的，即我们关心是否可以从这些文件中读取数据了，如果这个集合中有一个文件可读，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可读，如果没有可读的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的读变化。 fd_set *writefds是指向fd_set结构的指针，这个集合中应该包括文件描述符，我们是要监视这些文件描述符的写变化的，即我们关心是否可以向这些文件中写入数据了，如果这个集合中有一个文件可写，select就会返回一个大于0的值，表示有文件可写，如果没有可写的文件，则根据timeout参数再判断是否超时，若超出timeout的时间，select返回0，若发生错误返回负值。可以传入NULL值，表示不关心任何文件的写变化。 fd_set *errorfds同上面两个参数的意图，用来监视文件错误异常。 struct timeval*timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于三种状态，第一，若将NULL以形参传入，即不传入时间结构，就是将select置于阻塞状态，一定等到监视文件描述符集合中某个文件描述符发生变化为止；第二，若将时间值设为0秒0毫秒，就变成一个纯粹的非阻塞函数，不管文件描述符是否有变化，都立刻返回继续执行，文件无变化返回0，有变化返回一个正值；第三，timeout的值大于0，这就是等待的超时时间，即 select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，返回值同上述。 返回值：负值：select错误正值：某些文件可读写或出错 0：等待超时，没有可读写或错误的文件   Select应用实例 #include #include #include #include #include   int main(void) {        intfd0,fd1;        charbuf[7];        inti,rc,maxfd;        fd_setinset0,inset1;        structtimeval tv;        /*按一定权限打开hello1.c*/        if((fd0= open("/home/fany/application/io/hello1.c", O_RDWR | O_CREAT, 0666))< 0)               perror("open hello1.c failed ");        /*按一定权限打开hello2.c*/        if((fd1= open("/home/fany/application/io/hello2.c", O_RDWR | O_CREAT, 0666))< 0)               perror("open hello1.c failed ");        if((rc= write(fd0, "Hello!