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Day20 Linux 文件 I/O、目录操作及文件链接与 EDID

news 2025/8/15 5:56:17

day20 Linux 文件 I/O、目录操作及文件链接与 EDID

文件 I/O —— 系统调用函数

操作对象

  • 文件描述符（File Descriptor）：用于标识一个已打开的文件，是整数（非负），由系统调用如 open 返回。

具体操作

  • 打开：open
  • 读写：read、write
  • 定位：lseek
    • 注意：
      1. 并非所有文件类型都支持定位（如管道、FIFO）。
      2. lseek 不是关闭操作，而是用于移动文件读写位置指针。
  • 关闭：close

示例代码：BMP 图像像素合并

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>// a.out 1.bmp 2.bmp
int main(int argc, const char *argv[])
{// 检查命令行参数是否正确if (argc != 3){printf("Usage : %s <1.bmp> <2.bmp>\n", argv[0]);return -1;}// 打开两个 BMP 文件：只读和可读写int fd1 = open(argv[1], O_RDONLY);           // 源图像（只读）int fd2 = open(argv[2], O_RDWR);             // 目标图像（可修改）// 检查打开是否成功if (fd1 < 0 || fd2 < 0){perror("open fail");return -1;}// 定义缓冲区存储 BMP 数据（800x600 RGB + 54字节头部）unsigned char buf1[800*600*3+54];unsigned char buf2[800*600*3+54];// 读取两个文件的内容到缓冲区read(fd1, buf1, sizeof(buf1));read(fd2, buf2, sizeof(buf2));// 遍历像素数据（跳过前54字节文件头），将非白色像素复制到目标图像int i = 0;for (i = 54; i < 800*600*3+54; ++i){if (buf1[i] != 255)  // 若源图像该通道值不为255（非白色）{buf2[i] = buf1[i];  // 复制该像素值到目标图像}}// 将文件指针重置到目标文件开头lseek(fd2, 0, SEEK_SET);// 写回修改后的数据到目标文件write(fd2, buf2, sizeof(buf2));// 关闭文件描述符close(fd1);close(fd2);return 0;
}

✅ 理想运行结果：

$ gcc -o merge_bmp merge_bmp.c
$ ./merge_bmp 1.bmp 2.bmp
（无输出表示成功，2.bmp 的图像中非白色部分被 1.bmp 覆盖）

目录操作

1. 打开目录：opendir

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>DIR *opendir(const char *name);
  • 功能：打开指定目录，返回一个目录流指针。
  • 参数：
    • name：目录路径名。
  • 返回值：
    • 成功：指向 DIR 结构的指针。
    • 失败：NULL，并设置 errno。
示例代码：打开目录
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>int main(void)
{DIR *dp = opendir("123");if (dp == NULL){perror("opendir fail");return -1;}printf("opendir success\n");return 0;
}

✅ 理想运行结果：

$ mkdir 123
$ gcc opendir.c -o opendir
$ ./opendir
opendir success

❌ 若目录不存在或非目录类型：

opendir fail: No such file or directory
opendir fail: Not a directory

2. 读取目录：readdir

#include <dirent.h>struct dirent *readdir(DIR *dirp);
  • 结构体 dirent 字段说明：
struct dirent {ino_t          d_ino;       /* inode 编号 */off_t          d_off;       /* 目录项偏移（系统内部使用） */unsigned short d_reclen;    /* 该记录长度 */unsigned char  d_type;      /* 文件类型（部分文件系统支持） */char           d_name[256]; /* 文件名（以 '\0' 结尾） */
};

  • 常见 d_type 值：

    • DT_BLK — 块设备
    • DT_CHR — 字符设备
    • DT_DIR — 目录
    • DT_FIFO — 命名管道（FIFO）
    • DT_LNK — 符号链接
    • DT_REG — 普通文件
    • DT_SOCK — UNIX 域套接字
    • DT_UNKNOWN — 类型未知

  • 功能：从目录流中读取下一项，每次调用返回一个目录项。

  • 返回值：

    • 成功：指向 struct dirent 的指针。
    • 到达末尾或出错：NULL（需结合 errno 判断）。
示例：读取单个目录项
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>int main(void)
{DIR *dp = opendir("123");if (dp == NULL){perror("opendir fail");return -1;}printf("opendir success\n");struct dirent *pdir = readdir(dp);printf("name = %s\n", pdir->d_name);closedir(dp);return 0;
}

✅ 理想运行结果：

opendir success
name = .

练习 1：打印目录下所有文件的 inode 和名字

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <stdio.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 2){printf("Usage: %s <dirname>\n", argv[0]);return -1;}DIR *dp = opendir(argv[1]);if (dp == NULL){perror("opendir fail");return -1;}struct dirent *pdir = NULL;while ((pdir = readdir(dp)) != NULL){printf("inode = %ld name = %s\n", pdir->d_ino, pdir->d_name);}closedir(dp);return 0;
}

✅ 理想运行结果：

$ ./list_dir /home/linux/testdir
inode = 12345 name = .
inode = 12344 name = ..
inode = 12346 name = file1.txt
inode = 12347 name = subdir

练习 2：实现 ls 功能（忽略隐藏文件）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 2){printf("Usage: %s <dirname>\n", argv[0]);return -1;}DIR *dp = opendir(argv[1]);if (dp == NULL){perror("opendir fail");return -1;}struct dirent *pdir = NULL;while ((pdir = readdir(dp)) != NULL){// 跳过以 '.' 开头的隐藏文件（包括 . 和 ..）if (pdir->d_name[0] != '.'){printf("%s\n", pdir->d_name);}}putchar('\n');  // 输出换行closedir(dp);return 0;
}

✅ 理想运行结果：

$ ./ls_sim /home/linux/testdir
file1.txt
document.pdf

练习 3：统计目录中普通文件与子目录数量

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 2){printf("Usage: %s <dirname>\n", argv[0]);return -1;}DIR *dp = opendir(argv[1]);if (dp == NULL){perror("opendir fail");return -1;}int r_cnt = 0;  // 普通文件计数int d_cnt = 0;  // 目录文件计数struct dirent *pdir = NULL;while ((pdir = readdir(dp)) != NULL){// 跳过隐藏文件（以 '.' 开头）if (pdir->d_name[0] == '.')continue;if (pdir->d_type == DT_DIR){d_cnt++;}else if (pdir->d_type == DT_REG){r_cnt++;}}closedir(dp);printf("dir cnt = %d  reg cnt = %d\n", d_cnt, r_cnt);return 0;
}

✅ 理想运行结果：

$ ./count_files /home/linux/testdir
dir cnt = 2  reg cnt = 5

3. 关闭目录：closedir

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);
  • 功能：关闭目录流。
  • 参数：dirp — 目录流指针。
  • 返回值：
    • 成功：0
    • 失败：-1，并设置 errno

✅ 使用建议：每次 opendir 后必须 closedir，防止资源泄漏。

文件构成及软连接、硬连接详解

Linux 文件组成结构

一个文件由三部分构成：

  1. 目录项（struct dirent）：包含文件名和对应的 inode 编号。
  2. inode 表：存储文件元信息（如大小、权限、类型、硬链接数、时间戳等）。
  3. 数据块：实际文件内容存储位置。
文件访问流程：
  1. 根据文件名查找目录项，获取 inode 编号。
  2. 通过 inode 编号访问 inode 表，获取文件属性和数据块地址。
  3. 读取数据块内容。

硬链接（Hard Link）

  • 本质：为文件创建别名，多个目录项指向同一个 inode。

  • 特点：

    • 不占用额外磁盘空间（仅增加目录项）。
    • 不能跨文件系统（ext4、NTFS 等之间不行）。
    • 不能对目录创建硬链接（避免循环引用）。
    • 删除一个硬链接不影响其他链接；只有当 inode 的链接数为 0 且无进程打开时，文件才真正被删除。

  • 命令：

    ln 源文件 硬链接文件

✅ 示例：

ln hello.c hello_hard.c
ls -i hello.c hello_hard.c  # 显示相同 inode 号

软链接（Symbolic Link / Soft Link）

  • 本质：类似 Windows 快捷方式，是一个独立的小文件，保存目标文件路径。

  • 特点：

    • 占用磁盘空间（存储路径字符串）。
    • 可以跨文件系统。
    • 可以对目录创建软链接。
    • 若原文件被删除，软链接变为“悬空”，无法访问。

  • 命令：

    ln -s 源文件 软链接文件

✅ 示例：

ln -s /mnt/hgfs/share ~/share

硬链接 vs 软链接 对比

特性硬链接软链接
inode 编号与原文件相同不同
是否占用空间否（仅目录项）是（存储路径）
能否跨文件系统否是
能否链接目录否是
原文件删除后状态仍可访问变为无效（悬空链接）

获取文件状态：stat 系统调用

#include <sys/stat.h>
int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
  • 功能：获取指定路径文件的状态信息。
  • 参数：
    • pathname：文件路径。
    • statbuf：接收信息的 struct stat 缓冲区。
  • 返回值：
    • 成功：0
    • 失败：-1，并设置 errno

struct stat 主要字段

struct stat {dev_t     st_dev;         /* 包含文件的设备 ID */ino_t     st_ino;         /* inode 编号 */mode_t    st_mode;        /* 文件类型和权限 */nlink_t   st_nlink;       /* 硬链接数 */uid_t     st_uid;         /* 所有者 UID */gid_t     st_gid;         /* 所属组 GID */off_t     st_size;        /* 文件大小（字节） */blkcnt_t  st_blocks;      /* 分配的 512 字节块数 */time_t    st_atime;       /* 最后访问时间 */time_t    st_mtime;       /* 最后修改时间 */time_t    st_ctime;       /* 最后状态变更时间（如权限修改） */
};

文件类型宏定义（st_mode & S_IFMT）

宏定义含义对应字符
S_IFSOCK套接字s
S_IFLNK符号链接l
S_IFREG普通文件-
S_IFBLK块设备b
S_IFDIR目录d
S_IFCHR字符设备c
S_IFIFOFIFO（命名管道）p

权限宏定义（掩码）

类别宏定义说明
用户S_IRUSR读权限
S_IWUSR写权限
S_IXUSR执行权限
组S_IRGRP组读权限
S_IWGRP组写权限
S_IXGRP组执行权限
其他S_IROTH其他人读权限
S_IWOTH其他人写权限
S_IXOTH其他人执行权限

示例：完整解析文件信息

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 2){printf("Usage: %s <filename>\n", argv[0]);return -1;}struct stat st;if (stat(argv[1], &st) < 0){perror("stat fail!\n");return -1;}// 文件类型名称与符号映射char type_name[7][20] = {"socket", "symbolic", "regular", "block", "directory", "character", "FIFO"};char type[7] = {'s', 'l', '-', 'b', 'd', 'c', 'p'};int i = 0;// 判断文件类型switch (st.st_mode & S_IFMT){case S_IFSOCK: i = 0; break;case S_IFLNK:  i = 1; break;case S_IFREG:  i = 2; break;case S_IFBLK:  i = 3; break;case S_IFDIR:  i = 4; break;case S_IFCHR:  i = 5; break;case S_IFIFO:  i = 6; break;}// 输出基本信息printf("File: %s\n", argv[1]);printf("Size: %ld\tBlocks: %ld\tIO Blocks: %ld\t %s\n",st.st_size, st.st_blocks, st.st_blksize, type_name[i]);printf("Device: %ld\t Inode: %ld\t Links: %ld\n",st.st_dev, st.st_ino, st.st_nlink);// 输出权限字符串printf("Access: (%#o/", (st.st_mode & S_IRWXU) | (st.st_mode & S_IRWXG) | (st.st_mode & S_IRWXO));putchar(type[i]);st.st_mode & S_IRUSR ? putchar('r') : putchar('-');st.st_mode & S_IWUSR ? putchar('w') : putchar('-');st.st_mode & S_IXUSR ? putchar('x') : putchar('-');st.st_mode & S_IRGRP ? putchar('r') : putchar('-');st.st_mode & S_IWGRP ? putchar('w') : putchar('-');st.st_mode & S_IXGRP ? putchar('x') : putchar('-');st.st_mode & S_IROTH ? putchar('r') : putchar('-');st.st_mode & S_IWOTH ? putchar('w') : putchar('-');st.st_mode & S_IXOTH ? putchar('x') : putchar('-');putchar(')');printf(" Uid: (%d) Gid: (%d)\n", st.st_uid, st.st_gid);// 格式化输出时间struct tm *ptm = localtime(&st.st_atim.tv_sec);printf("Access: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n",ptm->tm_year + 1900, ptm->tm_mon + 1, ptm->tm_mday,ptm->tm_hour, ptm->tm_min, ptm->tm_sec);ptm = localtime(&st.st_mtim.tv_sec);printf("Modify: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n",ptm->tm_year + 1900, ptm->tm_mon + 1, ptm->tm_mday,ptm->tm_hour, ptm->tm_min, ptm->tm_sec);ptm = localtime(&st.st_ctim.tv_sec);printf("Change: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n",ptm->tm_year + 1900, ptm->tm_mon + 1, ptm->tm_mday,ptm->tm_hour, ptm->tm_min, ptm->tm_sec);return 0;
}

✅ 理想运行结果：

$ ./file_info hello.c
File: hello.c
Size: 1234	Blocks: 8	IO Blocks: 4096	 regular
Device: 2052	 Inode: 123456	 Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--) Uid: (1000) Gid: (1000)
Access: 2025-08-14 11:30:12
Modify: 2025-08-14 11:29:45
Change: 2025-08-14 11:29:45

小结

  • 文本文件操作：

    • 标准 I/O（fopen, fprintf 等）
    • 文件 I/O（open, read, write, close 等系统调用）

  • 目录文件操作：

    • opendir：打开目录
    • readdir：逐项读取
    • closedir：关闭目录流
    • stat：获取文件详细信息

EDID 项目说明

背景知识

1. HDMI 是什么？

HDMI（High-Definition Multimedia Interface）是一种高清晰度多媒体接口，支持未压缩的高清视频和多声道音频同步传输。广泛用于电视、显示器、电脑等设备。版本从 1.0 到 2.1，带宽和功能逐步增强（如支持 8K、动态 HDR、VRR）。

2. EDID 是什么？各字段作用？

EDID（Extended Display Identification Data）是 VESA 制定的标准，存储在显示设备中，描述其能力：

  • 基本信息：制造商、型号、序列号、生产日期。
  • 显示参数：分辨率支持、刷新率、屏幕尺寸、纵横比、伽马值。
  • 颜色特性：色度坐标、白点信息。
  • 用途：让源设备（如显卡）自动匹配最佳输出模式。
3. EDID 与 HDMI 的关系？

HDMI 连接时，源设备通过 DDC 通道读取显示设备的 EDID，据此协商输出格式，实现“即插即用”。若 EDID 错误，可能导致无法显示、花屏、音频异常等问题。

4. EDID 数据错误的影响？
  • 图像问题：黑屏、花屏、分辨率异常。
  • 音频问题：无声、声道错乱。
  • 功能受限：HDR、高帧率等功能无法启用。
  • 兼容性下降：设备间无法正常通信。
5. 常用 EDID 工具
  • EDID Inspector：解析 EDID 数据，可视化展示。
  • MonitorInfo：支持查看与编辑 EDID。
  • NVIDIA/AMD 显卡驱动工具：提供 EDID 管理界面。

项目需求说明

功能需求
  1. 显示 EDID 基础信息。
  2. 修改厂商名称。
  3. 修改产品名称。
  4. 修改物理地址（位于扩展块中）。
  5. 支持命令行短选项操作（如 -v, -m, -p）。
  6. 支持退出机制。
可选扩展
  • 删除或添加 VIC/DMT 时序。
  • 添加 VSDB 数据块（用于 Atmos 支持）。
  • 移植到 Tizen 平台。
  • 成果展示（GUI 或日志输出）。
http://www.dtcms.com/a/330610.html

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