linux read和write函數

原文出處：http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20558494&do=blog&id=2803003
read函數是Linux下不帶緩存的文件I/O操作函數之一，所謂的不帶緩存是指一個函數只調用系統中的一個函數。另外還有open、write、lseek、close，它們雖然不是ANSI C的組成部分，但是POSIX的組成部分。

在對read的使用過程中，發現對其返回值的處理比較重要，這里做一下總結。

read函數原型：
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count)

函數返回值分為下面幾種情況：
1、如果讀取成功，則返回實際讀到的字節數。這里又有兩種情況：一是如果在讀完count要求字節之前已經到達文件的末尾，那么實際返回的字節數將 小於count值，但是仍然大於0；二是在讀完count要求字節之前，仍然沒有到達文件的末尾，這是實際返回的字節數等於要求的count值。
2、如果讀取時已經到達文件的末尾，則返回0。
3、如果出錯，則返回－1。
這樣也就是說分為>0 <0 =0三種情況進行討論。在有的時候，<0 =0可以合為一種情況進行處理。這要根據程序的需要進行處理。
實例分析：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAXSIZE 35
int main(void)
{
        int i,j,fd,size,len;
        char *buf="Hello!I`m writing to this file!";
        char buf_r[MAXSIZE];
        len=strlen(buf);
        //open
        if((fd=open("/tmp/hello.c",O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR,0666))<0) {
                perror("open:");
                exit(1);
        }
        else
                printf("Open file:hello.c %d\n",fd);
        //write
        if((size=write(fd,buf,len))<0){
                perror("write:");
                exit(1);
        }
        else
                printf("Write:%s\n\n\n",buf);
        //test-read
        printf("Now test starts...\n\n");
        for(i=0;i<20;i++){
                lseek(fd,0,SEEK_SET);
                for(j=0;j<MAXSIZE;j++)
                        buf_r[j]=0;
                if((size=read(fd,buf_r,MAXSIZE-i))<0){
                perror("read:");
                exit(1);
                }
                else {
                buf_r[MAXSIZE-i]='\0';
                printf("string-len=%d,count=%d,size=%d\n",len,MAXSIZE-i,size);
                printf("read from file:%s \n",buf_r);
                }
        }
        printf("\n\nNow test stops...\n");
        //close
        if(close(fd)<0){
                perror("close:");
                exit(1);
        }
        else
                printf("close hello.c\n");
        exit(0);
}

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

結果如下：

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

[armlinux@lqm test-read]$ ./write
Open file:hello.c 3
Write:Hello!I`m writing to this file!

Now test starts...

string-len=31,count=35,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=34,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=33,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=32,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=31,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=30,size=30
read from file:Hello!I`m writing to this file
string-len=31,count=29,size=29
read from file:Hello!I`m writing to this fil
string-len=31,count=28,size=28
read from file:Hello!I`m writing to this fi
string-len=31,count=27,size=27
read from file:Hello!I`m writing to this f
string-len=31,count=26,size=26
read from file:Hello!I`m writing to this 
string-len=31,count=25,size=25
read from file:Hello!I`m writing to this
string-len=31,count=24,size=24
read from file:Hello!I`m writing to thi
string-len=31,count=23,size=23
read from file:Hello!I`m writing to th
string-len=31,count=22,size=22
read from file:Hello!I`m writing to t
string-len=31,count=21,size=21
read from file:Hello!I`m writing to 
string-len=31,count=20,size=20
read from file:Hello!I`m writing to
string-len=31,count=19,size=19
read from file:Hello!I`m writing t
string-len=31,count=18,size=18
read from file:Hello!I`m writing 
string-len=31,count=17,size=17
read from file:Hello!I`m writing
string-len=31,count=16,size=16
read from file:Hello!I`m writin

Now test stops...
close hello.c

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

現象：

測試部分中，string－len是測試文件內容的長度，count是要求讀取的字節數，size是實際讀取的字節數。可以觀察出，開始 count>string－len，所以雖然讀取成功，但是返回的實際字節數要小於要求的字節數。從count＝string－len之后，實際返 回的字節數等於要求的字節數。

問題分析：

1、每次執行read函數之前，保證指定好起始位置，並且對buf初始化。

如果將

                lseek(fd,0,SEEK_SET);
                for(j=0;j<MAXSIZE;j++)
                        buf_r[j]=0;

移到for循環外，那么只能保證i＝0時完成了上述工作。這是已經讀到文件的末尾，所以后面的size應該全部為零。因為沒有對buf_r初始化，所以讀取內容沒有變化。具體結果如下：

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

[armlinux@lqm test-read]$ ./write
Open file:hello.c 3
Write:Hello!I`m writing to this file!

Now test starts...

string-len=31,count=35,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=34,size=0
read from file:Hello!I`m writing to this file!
string-len=31,count=33,size=0
read from file:Hello!I`m writing to this file!
...

...
Now test stops...
close hello.c

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

2、對於一個數組，總是要自動分配一個\0作為結束，所以實際有效的buf長度就成為buf_r－1了。在本例中，倘若把MAXSIZE設為31，即等於string－len的長度。那么當你讀取31個字符時，\0就沒有了地方。如果把buf_r[MAXSIZE-i]='\0';去掉，那么在顯示后面就會出現亂碼現象。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

[armlinux@lqm test-read]$ ./write
Open file:hello.c 3
Write:Hello!I`m writing to this file!

Now test starts...

string-len=31,count=31,size=31
read from file:Hello!I`m writing to this file?B
B

參考：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5328beed0100zbob.html

http://blog.csdn.net/hjhcs121/article/details/7460738

 linux網絡編程 readn,writen函數：

/* include readn */
#include    "unp.h"

ssize_t                        /* Read "n" bytes from a descriptor. */
readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
    size_t    nleft;
    ssize_t    nread;
    char    *ptr;

    ptr = vptr;
    nleft = n;
    while (nleft > 0) {
        if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0) {
            if (errno == EINTR)
                nread = 0;        /* and call read() again */
            else
                return(-1);
        } else if (nread == 0)
            break;                /* EOF */

        nleft -= nread;
        ptr   += nread;
    }
    return(n - nleft);        /* return >= 0 */
}
/* end readn */

ssize_t
Readn(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
    ssize_t        n;

    if ( (n = readn(fd, ptr, nbytes)) < 0)
        err_sys("readn error");
    return(n);
}

 

writen:

/* include writen */
#include    "unp.h"

ssize_t                        /* Write "n" bytes to a descriptor. */
writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
    size_t        nleft;
    ssize_t        nwritten;
    const char    *ptr;

    ptr = vptr;
    nleft = n;
    while (nleft > 0) {
        if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0) {
            if (nwritten < 0 && errno == EINTR)
                nwritten = 0;        /* and call write() again */
            else
                return(-1);            /* error */
        }

        nleft -= nwritten;
        ptr   += nwritten;
    }
    return(n);
}
/* end writen */

void
Writen(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
    if (writen(fd, ptr, nbytes) != nbytes)
        err_sys("writen error");
}

 

readline函數，從一個描述字讀文本行，一次讀一個字節(test/readline1.c]

/* include readline */
#include    "unp.h"

/* PAINFULLY SLOW VERSION -- example only */
ssize_t
readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t    n, rc;
    char    c, *ptr;

    ptr = vptr;
    for (n = 1; n < maxlen; n++) {
again:
        if ( (rc = read(fd, &c, 1)) == 1) {
            *ptr++ = c;
            if (c == '\n')
                break;    /* newline is stored, like fgets() */
        } else if (rc == 0) {
            *ptr = 0;
            return(n - 1);    /* EOF, n - 1 bytes were read */
        } else {
            if (errno == EINTR)
                goto again;
            return(-1);        /* error, errno set by read() */
        }
    }

    *ptr = 0;    /* null terminate like fgets() */
    return(n);
}　　
/* end readline */

ssize_t
Readline(int fd, void *ptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t        n;

    if ( (n = readline(fd, ptr, maxlen)) < 0)
        err_sys("readline error");
    return(n);
}

當面臨從套接口讀入文本行的需求時，改用標准庫IO函數庫(stdio)相當誘人。不過卻會引發許多問題。究其原因在於stdio緩沖區的狀態是不可見的。

基於文本行的網絡協議非常之多，譬如http，ftp等。因此正對文本行操作的這一需求一再被提出。不過我們的建議是依照緩沖區而不是文本行的要求來考慮編程，編寫從緩沖區中讀取數據的代碼，當期待一個文本行時，查看緩沖區中是否含有那一行。

/* include readline */
#include    "unp.h"

static int    read_cnt;
static char    *read_ptr;
static char    read_buf[MAXLINE];

static ssize_t
my_read(int fd, char *ptr)
{

    if (read_cnt <= 0) {
again:
        if ( (read_cnt = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) < 0) {
            if (errno == EINTR)
                goto again;
            return(-1);
        } else if (read_cnt == 0)
            return(0);
        read_ptr = read_buf;
    }

    read_cnt--;
    *ptr = *read_ptr++;
    return(1);
}

ssize_t
readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t    n, rc;
    char    c, *ptr;

    ptr = vptr;
    for (n = 1; n < maxlen; n++) {
        if ( (rc = my_read(fd, &c)) == 1) {
            *ptr++ = c;
            if (c == '\n')
                break;    /* newline is stored, like fgets() */
        } else if (rc == 0) {
            *ptr = 0;
            return(n - 1);    /* EOF, n - 1 bytes were read */
        } else
            return(-1);        /* error, errno set by read() */
    }

    *ptr = 0;    /* null terminate like fgets() */
    return(n);
}

ssize_t
readlinebuf(void **vptrptr)
{
    if (read_cnt)
        *vptrptr = read_ptr;
    return(read_cnt);
}
/* end readline */

ssize_t
Readline(int fd, void *ptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t        n;

    if ( (n = readline(fd, ptr, maxlen)) < 0)
        err_sys("readline error");
    return(n);
}

內部函數my_read最多每次讀MAXLINE個字符，然后每次返回一個字符。

函數readline本身的唯一變化是調用函數my_read而不是read。

readlinebuf這個新的函數能夠展露內部緩沖區狀態，以便於調用者查看當前文本行之后是否有新的數據已收到。

 -----------------------------------

fread就是通過read來實現的，fread是C語言的庫，而read是系統調用
但是差別在read每次讀的數據是調用者要求的大小，比如調用要求讀取10個字節數據，read就會讀10個字節數據到數組中，而fread不一樣，為了加快讀的速度，fread每次都會讀比要求更多的數據，然后放到緩沖區中，這樣下次再讀數據只需要到緩沖區中去取就可以了。

frea d每次會讀取一個緩沖區大小的數據，32位下一般是4096個字節，相當於調用了read(fd,buf,4096)

比如需要讀取512個字節數據，分4次讀取，調用read就是：
for(i=0; i<4; ++i)
read(fd,buf,128)
一共有4次系統調用

而fread一次就讀取了4096字節放到緩沖區了，所以省事了

 

 

比如用 fgetc讀一個字節， fgetc有可能從內核中預讀1024個字節到I/O緩沖區中，再返回第一個字節，這時該文件在內核中記錄的讀寫位置是1024，而在 FILE結構體中記錄的讀寫位置是1。注意返回值類型是 ssize_t，表示有符號的 size_t，這樣既可以返回正的字節數、0（表示到達文件末尾）也可以返回負值-1（表示出錯）。 read函數返回時，返回值說明了 buf中前多少個字節是剛讀上來的。有些情況下，實際讀到的字節數（返回值）會小於請求讀的字節數 count，例如：

• 讀常規文件時，在讀到count個字節之前已到達文件末尾。例如，距文件末尾還有30個字節而請求讀100個字節，則read返回30，下次read將返回0。

• 從終端設備讀，通常以行為單位，讀到換行符就返回了。（輸入we,顯示讀入是3個字節，可以試驗下）

• 從網絡讀，根據不同的傳輸層協議和內核緩存機制，返回值可能小於請求的字節數，后面socket編程部分會詳細講解。

write函數向打開的設備或文件中寫數據。

#include <unistd.h>  ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 返回值：成功返回寫入的字節數，出錯返回-1並設置errno

寫常規文件時， write的返回值通常等於請求寫的字節數 count，而向終端設備或網絡寫則不一定。

讀常規文件是不會阻塞的，不管讀多少字節，read一定會在有限的時間內返回。從終端設備或網絡讀則不一定，如果從終端輸入的數據沒有換行符，調用read讀終端設備就會阻塞，如果網絡上沒有接收到數據包，調用read從網絡讀就會阻塞，至於會阻塞多長時間也是不確定的，如果一直沒有數據到達就一直阻塞在那里。同樣，寫常規文件是不會阻塞的，而向終端設備或網絡寫則不一定。

 

 

現在明確一下阻塞（Block） 這個概念 。當進程調用一個阻塞的系統函數時，該進程被置於睡眠（Sleep）狀態，這時內核調度其它進程運行，直到該進程等待的事件發生了（比如網絡上接收到數據包，或者調用sleep指定的睡眠時間到了）它才有可能繼續運行。與睡眠狀態相對的是運行（Running） 狀態，在Linux內核中，處於運行狀態的進程分為兩種情況：

• 正在被調度執行。CPU處於該進程的上下文環境中，程序計數器（eip）里保存着該進程的指令地址，通用寄存器里保存着該進程運算過程的中間結果，正在執行該進程的指令，正在讀寫該進程的地址空間。

• 就緒狀態。該進程不需要等待什么事件發生，隨時都可以執行，但CPU暫時還在執行另一個進程，所以該進程在一個就緒隊列中等待被內核調度。系統中可能同時有多個就緒的進程，那么該調度誰執行呢？內核的調度算法是基於優先級和時間片的，而且會根據每個進程的運行情況動態調整它的優先級和時間片，讓每個進程都能比較公平地得到機會執行，同時要兼顧用戶體驗，不能讓和用戶交互的進程響應太慢。

 

下面這個小程序從終端讀數據再寫回終端。

例 28.2. 阻塞讀終端

下面這個小程序從終端讀數據再寫回終端。

例 28.2. 阻塞讀終端

 

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

int main(void)
{
 char buf[10];
 int n;
 n = read(STDIN_FILENO, buf, 10);
 if (n < 0) {
 perror("read STDIN_FILENO");
 exit(1);
 }
 write(STDOUT_FILENO, buf, n);
 return 0;
}

執行結果如下：

$ ./a.out  hello（回車） hello $ ./a.out  hello world（回車） hello worl$ d bash: d: command not found

 

第一次執行a.out的結果很正常，而第二次執行的過程有點特殊，現在分析一下：

1. Shell進程創建a.out進程，a.out進程開始執行，而Shell進程睡眠等待a.out進程退出。

2. a.out調用read時睡眠等待，直到終端設備輸入了換行符才從read返回，read只讀走10個字符，剩下的字符仍然保存在內核的終端設備輸入緩沖區中。

3. a.out進程打印並退出，這時Shell進程恢復運行，Shell繼續從終端讀取用戶輸入的命令，於是讀走了終端設備輸入緩沖區中剩下的字符d和換行符，把它當成一條命令解釋執行，結果發現執行不了，沒有d這個命令。

    

如果在open一個設備時指定了O_NONBLOCK標志，read/write就不會阻塞。以read為例，如果設備暫時沒有數據可讀就返回-1，同時置errno為EWOULDBLOCK（或者EAGAIN，這兩個宏定義的值相同），表示本來應該阻塞在這里（would block，虛擬語氣），事實上並沒有阻塞而是直接返回錯誤，調用者應該試着再讀一次（again）。這種行為方式稱為輪詢（Poll），調用者只是查詢一下，而不是阻塞在這里死等，這樣可以同時監視多個設備：

while(1) {  非阻塞read(設備1);  if(設備1有數據到達)   處理數據;  非阻塞read(設備2);  if(設備2有數據到達)   處理數據;  ... }

如果read(設備1)是阻塞的，那么只要設備1沒有數據到達就會一直阻塞在設備1的read調用上，即使設備2有數據到達也不能處理，使用非阻塞I/O就可以避免設備2得不到及時處理。

非阻塞I/O有一個缺點，如果 所有設備都一直沒有數據到達，調用者需要反復查詢做無用功，如果阻塞在那里，操作系統可以調度別的進程執行，就不會做無用功了。在使用非阻塞I/O時，通常不會在一個 while循環中一直不停地查詢（這稱為Tight Loop ），而是每延遲等待一會兒來查詢一下，以免做太多無用功，在延遲等待的時候可以調度其它進程執行。

while(1) {  非阻塞read(設備1);  if(設備1有數據到達)   處理數據;  非阻塞read(設備2);  if(設備2有數據到達)   處理數據;  ...  sleep(n); }

這樣做的問題是，設備1有數據到達時可能不能及時處理，最長需延遲n秒才能處理，而且反復查詢還是做了很多無用功。以后要學習的 select(2)函數可以阻塞地同時監視多個設備，還可以設定阻塞等待的超時時間，從而圓滿地解決了這個問題。

以下是一個非阻塞I/O的例子。目前我們學過的可能引起阻塞的設備只有終端，所以我們用終端來做這個實驗。程序開始執行時在0、1、2文件描述符上自動打開的文件就是終端，但是沒有 O_NONBLOCK標志。所以就像 例 28.2 “阻塞讀終端”一樣，讀標准輸入是阻塞的。我們可以重新打開一遍設備文件 /dev/tty（表示當前終端），在打開時指定 O_NONBLOCK標志。

O_NONBLOCK 以不可阻斷的方式打開文件，也就是無論有無數據讀取或等待，都會立即返回進程之中。

例 28.3. 非阻塞讀終端

從 終端設備或網絡讀則不一定，如果從終端輸入的數據沒有換行符，調用read讀終端設備就會阻塞

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define MSG_TRY "try again\n"

int main(void)
{
char buf[10];
int fd, n;
fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
if(fd<0) {
perror("open /dev/tty");
exit(1);
}
tryagain:
n = read(fd, buf, 10);
if (n < 0) {
if (errno == EAGAIN) {
sleep(1);
write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY));
goto tryagain;
} 
perror("read /dev/tty");
exit(1);
}
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
close(fd);
return 0;
}

直到按下回車把之前的輸入輸出（最多10個），然后停止。

 

以下是用非阻塞I/O實現等待超時的例子。既保證了超時退出的邏輯又保證了有數據到達時處理延遲較小。

例 28.4. 非阻塞讀終端和等待超時

read：既可以返回正的字節數、0（表示到達文件末尾）也可以返回負值-1（表示出錯）

 

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define MSG_TRY "try again\n"
#define MSG_TIMEOUT "timeout\n"

int main(void)
{
 char buf[10];
 int fd, n, i;
 fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK);
 if(fd<0) {
 perror("open /dev/tty");
 exit(1);
 }
 for(i=0; i<5; i++) {
 n = read(fd, buf, 10);
 if(n>=0)
 break;
 if(errno!=EAGAIN) {
 perror("read /dev/tty");
 exit(1);
 }
 sleep(1);
 write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY));
 }
 if(i==5)
 write(STDOUT_FILENO, MSG_TIMEOUT, strlen(MSG_TIMEOUT));
 else
 write(STDOUT_FILENO, buf, n);
 close(fd);
 return 0;
}

參考：

http://blog.163.com/bowen_tong/blog/static/20681717420126601118551/