Linux应用程序中常用函数.doc

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。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 <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>函数原型:int open(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0O_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-12. 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 <unistd.h>函数原型:int close(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 <unistd.h>函数原型：ssize_t read(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 <unistd.h>函数原型：ssize_t write(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 <unistd.h>，#include <sys/types.h>函数原型：off_t lseek(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();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 int l_type; short int l_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 <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/file.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>/*利用fcntl创建记录锁*/void lock_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 %dn", getpid(); else if(lock.l_type = F_WRLCK ) printf("write lock is set by %dn", getpid(); else if(lock.l_type = F_UNLCK) printf("release lock is set by %dn", 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 %dn", lock.l_pid); else if(lock.l_type = F_WRLCK )/*该文件已有写入锁*/ printf("write lock already set by %dn", lock.l_pid); int main(void) int fd; fd = open("/home/fany/application/io/hello.c", O_RDWR, 0666); if(fd < 0) perror("open failedn"); 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);select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(int maxfdp,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 <fcntl.h>#include <time.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(void)int fd0,fd1;char buf7;int i,rc,maxfd;fd_set inset0,inset1;struct timeval 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 n");/*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 n");if(rc = write(fd0, "Hello!0", 7) < 0)perror("write file failed n");elseprintf("rc = %dn", rc);lseek(fd0, 0, SEEK_SET);/*取出文件描述符中的较大者*/maxfd = fd0 > fd1? fd0 : fd1;/*初始化集合集0*/FD_ZERO(&inset0);FD_SET(fd0,&inset0);/*初始化集合集1*/FD_ZERO(&inset1);FD_SET(fd1,&inset1);tv.tv_sec = 2;tv.tv_usec = 0;/*测试描述符是否就绪*/while(FD_ISSET(fd0,&inset0) | (FD_ISSET(fd1,&inset1)if(select(maxfd + 1, &inset0, &inset1, NULL, &tv) < 0)perror("select failedn");elseif(FD_ISSET(fd0,&inset0)rc = read(fd0, buf, 7);if(rc > 0)bufrc = '0'printf("read %s, rc = %dn", buf, rc);if(FD_ISSET(fd1,&inset1)rc = write(fd1, buf, 7);if(rc > 0)bufrc = '0'printf("write %s, rc = %dn", buf, rc);sleep(5);exit(0);二：Linux进程在前面主要学习基于文件IO的函数，他们有一个共同点是基于文件的编程，既是具体的设备，而进程则是系统调度的单位，是一个程序的执行过程，是动态的。有点类似在windows下启动启动任务管理器看到的进程。1：创建进程fork()Fork函数用于在已经存在的进程中创建一个新进程，新进程为子进程，而原进程为父进程。调用该函数后，返回两个值，其中父进程的返回值是子进程的进程号，而子进程的返回值则是0.fork函数实例#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>int main(void)pid_t result;result = fork();if(result = -1)printf("fork error!n");else if(result = 0)printf("the child process id is:%dn", getpid();else if(result > 0)printf("the parent process id is:%dn",getppid();exit(0);return 0;2：exec函数族利用fork函数可以在一个已存在的进程中创建子进程，但是新创建的子进程该如何执行呢？Exec函数族就提供了一个在进程中启动另一个进程的方法。exec用被执行的程序完全替换调用它的程序的影像。fork创建一个新的进程就产生了一个新的PID，exec启动一个新程序，替换原有的进程，因此这个新的被exec执行的进程的PID不会改变，和调用exec函数的进程一样。下面来看下exec函数族：#include <unistd.h>int execl(const char *path, const char *arg, .);int execlp(const char *file, const char *arg, .);int execle(const char *path, const char *arg, ., char *const envp);int execv(const char *path, char *const argv);int execvp(const char *file, char *const argv);int execve(const char *path, char *const argv, char *const envp);exec函数族装入并运行程序pathname，并将参数arg0(arg1,arg2,argv,envp)传递给子程序，出错返回-1。在exec函数族中，后缀l、v、p、e添加到exec后，所指定的函数将具有某种操作能力有后缀：以execl函数为例#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>int main()if(fork() = 0)execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);return 0;3：wait函数Wait函数是用于使父进程阻塞，直到一个子进程结束或者该子进程接到了一个指定的信号为止。Waitpid的作用和wait一样头文件 #include<sys/types.h> #include<sys/wait.h>定义函数 pid_t wait (int * status);函数说明： wait()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程结束。如果在调用 wait()时子进程已经结束,则 wait()会立即返回子进程结束状态值。子进程的结束状态值会由参数 status 返回,而子进程的进程识别码也会一起返回。如果不在意结束状态值,则参数 status 可以设成 NULL。子进程的结束状态值请参考 waitpid( ) ，如果执行成功则返回子进程识别码(PID) ,如果有错误发生则返回返回值-1。失败原因存于 errno 中。 waitpid(等待子进程中断或结束)表头文件 #include<sys/types.h> #include<sys/wait.h>定义函数 pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options);函数说明： waitpid()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程结束。如果在调用 wait()时子进程已经结束,则 wait()会立即返回子进程结束状态值。子进程的结束状态值会由参数 status 返回,而子进程的进程识别码也会一快返回。如果不在意结束状态值,则参数 status 可以设成 NULL。Waitpid函数实例#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>int main()pid_t pc,pr;pc = fork();if(pc < 0)printf("fork error!n");else if(pc = 0)/对子进程的操作sleep(5);printf("the child id is %dn", pc);exit(0);else if(pc > 0)/对父进程的操作dopr = waitpid(pc, NULL, WNOHANG);if(pr = 0)printf("The child process has not exited!n");sleep(1);while(pr = 0);printf("The child process exited %dn", pr);return 0;4：如何创建守护进程守护进程，是linux中的后台服务进程，是一个生存周期较长的进程 ，通常独立于控制终端并且周期性的执行某种任务或等待处理某些发生的事件。有点类似windows下的定时关机。守护进程实例#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>int main()int i,fd;pid_t pd;/*第一步：创建子进程，父进程退出*/pd = fork();if(pd > 0)exit(0);/*第二步：在子进程中创建新会话*/setsid();/*第三步：改变当前目录为根目录*/chdir("/");/*第四步：设置文件权限码*/umask(0);/*第五步：关闭文件描述符*/for(i = 0; i < 65535; i+)close(i);while(1)/*守护进程创建完毕，开始进入守护进程工作*/if(fd = open("/tmp/dameon.log", O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND, 0600) < 0)printf("open failed!n");write(fd, "this is a dameon!", 17);close(fd);sleep(1);三：进程间通信在上面介绍了进程的基本慨念和相关函数，但是进程间只是彼此独立的，该如何实现进程间的通信呢？Linux中提供了一下几种进程间通信的方法管道和有名管道：管道用于具有亲缘关系进程间通信；而有名管道除拥有管道的功能外，还允许无亲缘关系进程间的通信。信号：有点像中断，用于通知接受有某事件发生。消息队列：消息队列是消息的链表。共享内存：是的多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享数据的更新。信号量：作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。套接字：一般用于不同机器间的进程通信。1：管道管道是基于文件描述符的通信方式，当一个管道建立时，它会建立两个文件描述符fds0f和ds1，fds0用于读管道，fds1用于写管道，这样就形成了一个半双工的通道。管道创建和读写实例#include <unistd.h>#include <error.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>int main()int pipe_fd2;pid_t pid;int r_num;char r_buf10;/*创建一无名管道*/if(pipe(pipe_fd) < 0)printf("pipe creat error!n");return -1;/*创建一进程*/pid = fork();/*关闭子进程的写描述符和父进程的读描述符*/if(pid = 0)close(pipe_fd1);sleep(1);if(r_num = read(pipe_fd0, r_buf, 10) > 0)printf("%d numbers read form pipe %sn", r_num, r_buf);close(pipe_fd0);exit(0);else if(pid > 0)close(pipe_fd0);if(write(pipe_fd1, "Hello", 5) != -1)printf("parent process write success!n");close(pipe_fd1);waitpid(pid, NULL, 0);exit(0);return 0;2：信号通信信号，它是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步机制。可以直接进行用户空间与内核空间的交互。一个信号可分为4各阶段：信号产生，信号注册，信号注销，执行信号处理函数。信号发送函数：int kill(pid_t pid, int signo); pid > 0 将信号发送给进程ID为pid的进程。pid = 0 将信号发送给其进程组ID等于发送进程的进程组ID，而且发送进程有许可权向其发送信号的所有进程。int raise(int signo);raise(signo)等价于kill(getpid(),signo);unsigned int alarm(unsigned int seconds);alarm函数可以设置一个计时器，计时器超时时，产生SIGALRM信号。int pause(void);pause函数使调用进程挂起直至捕捉到一个信号。只有执行了一个信号处理程序并从其返回时，pause才返回。在这种情况下，pause返回-1，并将errno设置为EINTR。信号发送函数实例#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <signal.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>int main()pid_t pid;int ret;pid = fork();if(pid < 0)printf("fork error!n");if(pid = 0)printf("the child id is %dn", getpid();/*使子进程暂停*/raise(SIGSTOP);exit(0);else if(pid > 0)printf("the parent id is %dn", getppid();/*父进程等待，直到接到指定子进程结束的信号*/if(waitpid(pid, NULL, WNOHANG) = 0)/*向子进程发送结束的信号*/if(ret = kill(pid, SI