1、第6章 文件I/O編程,系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API） 底層文件I/O操作 嵌入式Linux串口應(yīng)用編程 標(biāo)準(zhǔn)I/O編程 實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API）,系統(tǒng)調(diào)用: 操作系統(tǒng)提供給用戶程序調(diào)用的一組“特殊”接口，用戶程序可以通過這組“特殊”接口來獲得操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的服務(wù)。,系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API）,為什么用戶程序不能直接訪問系統(tǒng)內(nèi)核提供的服務(wù)？ 為了更好地保護(hù)內(nèi)核空間，將程序的運(yùn)行空間分為內(nèi)核空間和用戶空間（也就是常稱的內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)），它們分別運(yùn)行在不同的級(jí)別上，在邏輯上是相互隔離的。因此，用戶進(jìn)程在通常情況下不允許訪問內(nèi)核數(shù)據(jù)，也無法使用內(nèi)核函數(shù)，它們只能在用戶空間操作

2、用戶數(shù)據(jù)，調(diào)用用戶空間的函數(shù)。 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，程序運(yùn)行空間需要從用戶空間進(jìn)入內(nèi)核空間，處理完后再返回到用戶空間。,用戶空間,內(nèi)核空間,系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API）,前面講到的系統(tǒng)調(diào)用并不是直接與程序員進(jìn)行交互的，它僅僅是一個(gè)通過軟中斷機(jī)制向內(nèi)核提交請(qǐng)求，以獲取內(nèi)核服務(wù)的接口。在實(shí)際使用中程序員調(diào)用的通常是用戶編程接口API,系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API）,Linux中的系統(tǒng)調(diào)用包含在Linux的libc庫中，通過標(biāo)準(zhǔn)的C函數(shù)調(diào)用方法可以調(diào)用這些系統(tǒng)調(diào)用。,系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API）,例 write系統(tǒng)調(diào)用,Cound=write(file,buffer,nbytes),系統(tǒng)調(diào)用與

3、用戶編程接口（API）,系統(tǒng)命令相對(duì)API更高了一層，它實(shí)際上是一個(gè)可執(zhí)行程序，它的內(nèi)部調(diào)用了用戶編程接口（API）來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能,# cp /floppy/TEST /tmp/test,cp命令調(diào)用了用戶編程接口（API）open()、write()與read(),系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API）,系統(tǒng)調(diào)用是用戶空間和內(nèi)核空間交互的一種有效手段，除了系統(tǒng)本身提供的系統(tǒng)調(diào)用外，用戶也可以添加自已的系統(tǒng)調(diào)用。,第6章 文件I/O編程,系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API） 底層文件I/O操作 嵌入式Linux串口應(yīng)用編程 標(biāo)準(zhǔn)I/O編程 實(shí)驗(yàn),底層文件I/O操作,文件描述符 函數(shù)說明 文件鎖 多路復(fù)

4、用,文件描述符,內(nèi)核如何區(qū)分和引用特定的文件？ 通過文件描述符。文件描述符是一個(gè)非負(fù)的整數(shù)，它是一個(gè)索引值，并指向在內(nèi)核中每個(gè)進(jìn)程打開文件的記錄表。當(dāng)打開一個(gè)現(xiàn)存文件或創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，內(nèi)核就向進(jìn)程返回一個(gè)文件描述符；當(dāng)需要讀寫文件時(shí)，也需要把文件描述符作為參數(shù)傳遞給相應(yīng)的函數(shù)。 一個(gè)進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)，通常會(huì)打開3個(gè)文件： 標(biāo)準(zhǔn)輸入 標(biāo)準(zhǔn)輸出 標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)處理。,描述符為0,描述符為2,描述符為1,函數(shù)說明,open(): 用于打開或創(chuàng)建文件，可以指定文件的屬性及用戶的權(quán)限等各種參數(shù)。 close():用于關(guān)閉一個(gè)被打開的文件。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程終止時(shí)，所有被它打開的文件都由內(nèi)核自動(dòng)關(guān)閉，很多程序都使用這一功能

5、而不顯示地關(guān)閉一個(gè)文件。 read():用于將從指定的文件描述符中讀出的數(shù)據(jù)放到緩存區(qū)中，并返回實(shí)際讀入的字節(jié)數(shù)。若返回0，則表示沒有數(shù)據(jù)可讀，即已達(dá)到文件尾。讀操作從文件的當(dāng)前指針位置開始。,函數(shù)說明,write(): 用于向打開的文件寫數(shù)據(jù)，寫操作從文件的當(dāng)前指針位置開始。對(duì)磁盤文件進(jìn)行寫操作，若磁盤已滿或超出該文件的長(zhǎng)度，則write()函數(shù)返回失敗。 lseek():用于在指定的文件描述符中將文件指針定位到相應(yīng)的位置。只能用在可定位（可隨機(jī)訪問）文件操作中。管道、套接字和大部分字符設(shè)備文件是不可定位的，這些文件中無法使用lseek()調(diào)用。,函數(shù)格式（1）,/* copy_file.c

6、 */ #include #include #include #include #include #include #define BUFFER_SIZE 1024 /* 每次讀寫緩存大小，影響運(yùn)行效率*/ #define SRC_FILE_NAME src_file /* 源文件名 */ #define DEST_FILE_NAME dest_file“ /* 目標(biāo)文件名文件名 */ #define OFFSET 10240 /* 拷貝的數(shù)據(jù)大小 */,int main() int src_file, dest_file; unsigned char buffBUFFER_SIZE; int

7、 real_read_len; src_file = open(SRC_FILE_NAME, O_RDONLY); dest_file = open(DEST_FILE_NAME, O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH); if (src_file 0) write(dest_file, buff, real_read_len); close(dest_file); close(src_file); return 0; ,文件鎖,Linux中軟件、硬件資源都是文件，文件鎖是用于解決這些資源的共享使用的一種機(jī)制 建議性鎖:進(jìn)程對(duì)文件上

8、鎖時(shí)檢查是否有鎖存在，尊重已有的鎖。 強(qiáng)制性鎖: 是由內(nèi)核執(zhí)行的鎖，當(dāng)一個(gè)文件被上鎖進(jìn)行寫入操作的時(shí)候，內(nèi)核將阻止其他任何文件對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。采用強(qiáng)制性鎖對(duì)性能的影響很大，每次讀寫操作都必須檢查是否有鎖存在。 lockf(): 用于對(duì)文件施加建議性鎖 fcntl(): 不僅可以施加建議性鎖，還可以施加強(qiáng)制鎖。同時(shí)，fcntl()還能對(duì)文件的某一記錄上鎖，也就是記錄鎖。,文件鎖,記錄鎖又可分為讀取鎖和寫入鎖 讀取鎖又稱為共享鎖，它能夠使多個(gè)進(jìn)程都能在文件的同一部分建立讀取鎖。 寫入鎖又稱為排斥鎖，在任何時(shí)刻只能有一個(gè)進(jìn)程在文件的某個(gè)部分上建立寫入鎖。當(dāng)然，在文件的同一部分不能同時(shí)建立讀取鎖和寫

9、入鎖。,fcntl()函數(shù)格式（1）,fcntl()函數(shù)格式（2）- flock結(jié)構(gòu),struct flock short l_type; off_t l_start; short l_whence; off_t l_len; pid_t l_pid; ,/* lock_set.c */ int lock_set(int fd, int type) struct flock old_lock, lock; lock.l_whence = SEEK_SET; lock.l_start = 0; lock.l_len = 0; lock.l_type = type; lock.l_pid = -1

10、; fcntl(fd, F_GETLK, ,struct flock short l_type; off_t l_start; short l_whence; off_t l_len; pid_t l_pid; ,lock.l_type = type; if (fcntl(fd, F_SETLKW, ,int main(void) int fd; fd = open(hello,O_RDWR | O_CREAT, 0644); if(fd 0) printf(Open file errorn); exit(1); lock_set(fd, F_WRLCK); getchar(); lock_s

11、et(fd, F_UNLCK); getchar(); close(fd); exit(0); ,/* write_lock.c */ #include #include #include #include #include #include #include lock_set.c,終端一 $ ./write_lock write lock set by 4994 release lock by 4994,終端二 $ ./write_lock write lock already set by 4994 write lock set by 4997 release lock by 4997,/

12、* read_lock.c */ #include lock_set.c int main(void) int fd; fd = open(hello,O_RDWR | O_CREAT, 0644); if(fd b)?(a):(b) int main(void) int fdsIN_FILES; char bufMAX_BUFFER_SIZE; int i, res, real_read, maxfd; struct timeval tv; fd_set inset,tmp_inset; /*首先按一定的權(quán)限打開兩個(gè)源文件*/ fds0 = 0; if(fds1 = open (in1, O

13、_RDONLY|O_NONBLOCK) 0) printf(Open in1 errorn); return 1; ,if(fds2 = open (in2, O_RDONLY|O_NONBLOCK) in2 select call test programme end,$./multiplex_select SELECT CALL select call TEST PROGRAMME test programme END end,#define MAX_BUFFER_SIZE 1024 /* 緩沖區(qū)大小*/ #define IN_FILES 3 /* 多路復(fù)用輸入文件數(shù)目*/ #define

14、 TIME_DELAY 60 /* 超時(shí)時(shí)間秒數(shù) */ #define MAX(a, b) (a b)?(a):(b) int main(void) struct pollfd fdsIN_FILES; char bufMAX_BUFFER_SIZE; int i, res, real_read, maxfd; /*首先按一定的權(quán)限打開兩個(gè)源文件*/ fds0.fd = 0; if(fds1.fd = open (in1, O_RDONLY|O_NONBLOCK) 0) printf(Open in1 errorn); return 1; if(fds2.fd = open (in2, O_R

15、DONLY|O_NONBLOCK) 0) printf(Open in2 errorn); return 1; ,/* multiplex_poll.c */,/*取出兩個(gè)文件描述符中的較大者*/ for (i = 0; i IN_FILES; i+) fdsi.events = POLLIN; /*循環(huán)測(cè)試該文件描述符是否準(zhǔn)備就緒，并調(diào)用select函數(shù)對(duì)相關(guān)文件描述符做對(duì)應(yīng)操作*/ while(fds0.events | fds1.events | fds2.events) if (poll(fds, IN_FILES, 0) 0) printf(Poll errorn); return

16、1; for (i = 0; i 0：只要有數(shù)據(jù)可讀或者經(jīng)過TIME個(gè)十分之一秒的時(shí)間，read()函數(shù)則立即返回，返回值為被讀取的字節(jié)數(shù)。如果超時(shí)并且未讀到數(shù)據(jù)，則read()函數(shù)返回0。 MIN 0和TIME 0：當(dāng)有MIN個(gè)字節(jié)可讀或者兩個(gè)輸入字符之間的時(shí)間間隔超過TIME個(gè)十分之一秒時(shí)，read()函數(shù)才返回。,終端模式（3）- 原始模式,原始模式是一種特殊的非規(guī)范模式。在原始模式下，所有的輸入數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位被處理。在這個(gè)模式下，終端是不可回顯的，而且所有特定的終端輸入/輸出控制處理不可用。 通過調(diào)用cfmakeraw()函數(shù)可以將終端設(shè)置為原始模式，而且該函數(shù)通過以下代碼可以得到實(shí)

17、現(xiàn)。,termios_p-c_iflag ,設(shè)置串口屬性的基本流程 （1）,保存原先串口配置 首先，為了安全起見和以后調(diào)試程序方便，可以先保存原先串口的配置，在這里可以使用函數(shù)tcgetattr(fd, ,cfmakeraw(,設(shè)置串口屬性的基本流程 （3）,設(shè)置波特率 設(shè)置波特率有專門的函數(shù)，用戶不能直接通過位掩碼來操作。設(shè)置波特率的主要函數(shù)有：cfsetispeed()和cfsetospeed()。,設(shè)置字符大小 與設(shè)置波特率不同，設(shè)置字符大小并沒有現(xiàn)成可用的函數(shù)，需要用位掩碼。一般首先去除數(shù)據(jù)位中的位掩碼，再重新按要求設(shè)置。,cfsetispeed(,new_cfg.c_cflag /*

18、 用數(shù)據(jù)位掩碼清空數(shù)據(jù)位設(shè)置 */,設(shè)置串口屬性的基本流程 （4）,設(shè)置奇偶校驗(yàn)位 設(shè)置奇偶校驗(yàn)位需要用到termios中的兩個(gè)成員：c_cflag和c_iflag。首先要激活c_cflag中的校驗(yàn)位使能標(biāo)志PARENB和是否要進(jìn)行偶校驗(yàn)，同時(shí)還要激活c_iflag中的對(duì)于輸入數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)使能（INPCK）。,偶校驗(yàn),奇校驗(yàn),new_cfg.c_cflag |= (PARODD | PARENB); new_cfg.c_iflag |= INPCK;,new_cfg.c_cflag |= PARENB; new_cfg.c_cflag ,設(shè)置串口屬性的基本流程 （5）,設(shè)置停止位 設(shè)置停止位

19、是通過激活c_cflag中的CSTOPB而實(shí)現(xiàn)的。若停止位為一個(gè)，則清除CSTOPB，若停止位為兩個(gè)，則激活CSTOPB。以下分別是停止位為一個(gè)和兩個(gè)時(shí)的代碼：,new_cfg.c_cflag /* 將停止位設(shè)置為兩個(gè)比特 */,設(shè)置最少字符和等待時(shí)間 在對(duì)接收字符和等待時(shí)間沒有特別要求的情況下，可以將其設(shè)置為0，則在任何情況下read()函數(shù)立即返回,new_cfg.c_ccVTIME = 0; new_cfg.c_ccVMIN = 0;,設(shè)置串口屬性的基本流程 （6）,清除串口緩沖 由于串口在重新設(shè)置之后，需要對(duì)當(dāng)前的串口設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，這時(shí)就可調(diào)用在中聲明的tcdrain()、tcf

20、low()、tcflush()等函數(shù)來處理目前串口緩沖中的數(shù)據(jù),int tcdrain(int fd); /* 使程序阻塞，直到輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢*/ int tcflow(int fd, int action) ; /* 用于暫停或重新開始輸出 */ int tcflush(int fd, int queue_selector); /* 用于清空輸入/輸出緩沖區(qū)*/,在本實(shí)例中使用tcflush()函數(shù)，對(duì)于在緩沖區(qū)中的尚未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，或者收到的但是尚未讀取的數(shù)據(jù)，其處理方法取決于queue_selector的值，它可能的取值有以下幾種。 TCIFLUSH：對(duì)接收到而未被讀取的數(shù)據(jù)

21、進(jìn)行清空處理。 TCOFLUSH：對(duì)尚未傳送成功的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行清空處理。 TCIOFLUSH：包括前兩種功能，即對(duì)尚未處理的輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行清空處理。,tcflush(fd, TCIFLUSH);,設(shè)置串口屬性的基本流程 （7）,激活配置 在完成全部串口配置之后，要激活剛才的配置并使配置生效。這里用到的函數(shù)是tcsetattr() 。,tcsetattr(int fd, int optional_actions, const struct termios *termios_p);,其中參數(shù)termios_p是termios類型的新配置變量。 參數(shù)optional_actions可能的取值有以下

22、三種： TCSANOW：配置的修改立即生效。 TCSADRAIN：配置的修改在所有寫入fd的輸出都傳輸完畢之后生效。 TCSAFLUSH：所有已接受但未讀入的輸入都將在修改生效之前被丟棄。 該函數(shù)若調(diào)用成功則返回0，若失敗則返回1,if (tcsetattr(fd, TCSANOW, ,串口使用 （1）,打開串口 打開串口和打開普通文件一樣，使用open()函數(shù)。,fd = open( /dev/ttyS0, O_RDWR | O_NOCTTY | O_NDELAY);, O_NOCTTY標(biāo)志用于通知Linux系統(tǒng)，該參數(shù)不會(huì)使打開的文件成為這個(gè)進(jìn)程的控制終端。如果沒有指定這個(gè)標(biāo)志，那么任何一

23、個(gè)輸入（諸如鍵盤中止信號(hào)等）都將會(huì)影響用戶的進(jìn)程。 O_NDELAY標(biāo)志通知Linux系統(tǒng)，這個(gè)程序不關(guān)心DCD信號(hào)線所處的狀態(tài)（端口的另一端是否激活或者停止）。如果用戶指定了這個(gè)標(biāo)志，則進(jìn)程將會(huì)一直處在睡眠狀態(tài)，直到DCD信號(hào)線被激活。,串口使用 （2）,讀寫串口 讀寫串口操作和讀寫普通文件一樣，使用read()和write()函數(shù) ：,write(fd, buff, strlen(buff); read(fd, buff, BUFFER_SIZE);,接下來可恢復(fù)串口的狀態(tài)為阻塞狀態(tài)，用于等待串口數(shù)據(jù)的讀入 ：,接著可以測(cè)試打開文件描述符是否連接到一個(gè)終端設(shè)備，以進(jìn)一步確認(rèn)串口是否正確打開

24、 ：,fcntl(fd, F_SETFL, 0);,isatty(STDIN_FILENO);,示例,閱讀代碼并運(yùn)行示例6-4-3 在宿主機(jī)上運(yùn)行寫串口的程序，而在目標(biāo)板上運(yùn)行讀串口的程序 ：,int set_com_config(int fd,int baud_rate, int data_bits, char parity, int stop_bits) struct termios new_cfg,old_cfg; int speed; /*保存測(cè)試現(xiàn)有串口參數(shù)設(shè)置，在這里如果串口號(hào)等出錯(cuò)，會(huì)有相關(guān)的出錯(cuò)信息*/ if (tcgetattr(fd, ,case 4800: speed =

25、 B4800; break; case 9600: speed = B9600; break; case 19200: speed = B19200; break; case 38400: speed = B38400; break;,default: case 115200: speed = B115200; break; cfsetispeed( ,/*設(shè)置奇偶校驗(yàn)位*/ switch (parity) default: case n: case N: new_cfg.c_cflag ,case s: /*as no parity*/ case S: new_cfg.c_cflag ,/*

26、設(shè)置等待時(shí)間和最小接收字符*/ new_cfg.c_ccVTIME = 0; new_cfg.c_ccVMIN = 1; /*處理未接收字符*/ tcflush(fd, TCIFLUSH); /*激活新配置*/ if(tcsetattr(fd, TCSANOW, ,/*打開串口函數(shù)*/ int open_port(int com_port) int fd; #if (COM_TYPE = GNR_COM) char *dev = /dev/ttyS0, /dev/ttyS1, /dev/ttyS2; #else char *dev = /dev/ttyUSB0, /dev/ttyUSB1, /

27、dev/ttyUSB2; #endif if (com_port MAX_COM_NUM) return -1; fd = open(devcom_port - 1, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY); if (fd 0) perror(open serial port); return(-1); ,/*恢復(fù)串口為阻塞狀態(tài)*/ if (fcntl(fd, F_SETFL, 0) 0) perror(fcntl F_SETFLn); /*測(cè)試是否為終端設(shè)備*/ if (isatty(STDIN_FILENO) = 0) perror(standard input is not

28、a terminal device); return fd; ,int main(void) int fd; char buffBUFFER_SIZE; if(fd = open_port(TARGET_COM_PORT) 0) printf(The received words are : %s, buff); while(strncmp(buff, quit, 4); close(fd); return 0; ,/* com_reader.c */,int main(void) int fd; char buffBUFFER_SIZE; if(fd = open_port(HOST_COM

29、_PORT) 0) perror(open_port); return 1; if(set_com_config(fd, 115200, 8, N, 1) 0) fwrite(buff, 1, real_read_len, dest_file); fclose(dest_file); fclose(src_file); return 0; ,其他操作（1）,字符輸入函數(shù),字符輸出函數(shù),其他操作（2）,行輸入函數(shù),行輸出函數(shù),其它操作（3）-格式化輸入輸出（1）,其它操作（4）-格式化輸入輸出（2）,第6章 文件I/O編程,系統(tǒng)調(diào)用與用戶編程接口（API） 底層文件I/O操作 嵌入式Linux串口應(yīng)用編程 標(biāo)準(zhǔn)I/O編程 實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)1 -文件讀寫及上鎖（1）,1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過編寫文件讀寫及上鎖的程序，進(jìn)一步熟悉Linux中文件I/O相關(guān)的應(yīng)用開發(fā)，并且熟練掌握open()、read()、write()、fcntl()等函數(shù)的使用。 2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 在Linux中FIFO是一種進(jìn)程之間的管道通信機(jī)制。Linux支持完整的FIFO通信機(jī)制。 我們通過使用文件操作，仿真FIFO（先進(jìn)先出）結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)者-消費(fèi)者運(yùn)行模型。 本實(shí)驗(yàn)中需要打開兩個(gè)虛擬終端，分別運(yùn)行生產(chǎn)者程序