Day 67：系统调用与错误码处理

最新推荐文章于 2025-12-07 17:05:22 发布

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上一讲我们系统梳理了C语言的ABI兼容性，包括结构体布局、符号修饰、调用约定和跨编译器/版本的不兼容风险及如何规避。

1. 主题原理与细节逐步讲解

系统调用（system call, syscall）是应用程序与操作系统内核进行交互的标准方式。例如，文件读写（read/write）、进程管理（fork/exec）、内存分配（mmap）、网络通信（socket）等，底层都依赖系统调用。

在C语言中，系统调用通常通过标准库函数间接封装。比如fopen、fread、close等，底层会转化为open、read、close系统调用。直接调用系统调用接口时（如open、read等），需要手动处理所有出错情况，因为系统调用会因各种原因失败，并通过返回值和错误码（通常是errno）反馈详细原因。

系统调用的错误码处理机制

绝大多数系统调用出错时返回-1（或NULL），并设置全局变量errno为具体出错码。
errno由操作系统维护，仅在出错时有效，成功时不应依赖其值。
错误码是标准化整数（如EINTR、EAGAIN、ENOMEM等），在<errno.h>中定义。
错误码可用strerror(errno)或perror()输出人类可读信息。

常见的系统调用错误码

错误码	意义
`EINTR`	被信号中断
`EAGAIN`	资源暂时不可用（如非阻塞IO）
`EIO`	设备I/O错误
`ENOMEM`	内存不足
`EBADF`	文件描述符无效
`EEXIST`	文件已存在
`ENOENT`	文件或目录不存在

2. 典型陷阱/缺陷说明及成因剖析

2.1 忽略返回值/errno

成因： 没有检查系统调用返回值，导致未发现文件没打开、数据没写成功、资源泄漏等严重后果。

2.2 errno用法错误

成因：

成功调用后读取errno，其值已无意义；
多线程程序中未使用线程安全的errno；
errno被后续函数覆盖，误判错误来源。

2.3 未处理EINTR/EAGAIN

成因： read/write等被信号中断（EINTR）或暂时不可用（EAGAIN），未重试，导致IO提前终止或丢数据。

2.4 错误码与平台差异

成因： 错误码值/含义在不同操作系统略有差别，移植时未做兼容处理。

3. 规避方法与最佳实践

始终检查所有系统调用的返回值。
出错时立即读取并妥善处理errno，不能跨多个API后再读。
对于可重试错误（EINTR、EAGAIN），用循环包裹调用，直到成功或遇到不可恢复错误。
多线程程序使用线程局部errno（C11 thread_local，或POSIX每线程独立errno）。
错误处理逻辑要清晰：统一日志、分级处理，关键路径要fail fast。
移植代码时，查文档确认关键错误码是否一致，必要时用条件编译兼容处理。

4. 错误代码与正确代码对比

错误示例：未检查返回值/errno

int fd = open("data.txt", O_RDONLY);
read(fd, buf, 100); // 没检查返回值
close(fd);

优化后：

int fd = open("data.txt", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
    perror("open failed");
    return -1;
}

ssize_t n;
while ((n = read(fd, buf, 100)) == -1 && errno == EINTR); // EINTR处理
if (n == -1) {
    perror("read failed");
    close(fd);
    return -1;
}

close(fd);

错误示例：跨API读取errno，导致误判

if (read(fd, buf, 100) == -1) {
    some_func(); // 可能修改errno
    printf("error: %s\n", strerror(errno));
}

优化后：

if (read(fd, buf, 100) == -1) {
    int saved_errno = errno;
    some_func();
    printf("error: %s\n", strerror(saved_errno));
}

错误示例：未处理EAGAIN

n = read(fd, buf, 100);
if (n == -1) {
    perror("read failed");
    // 实际上非阻塞IO下，EAGAIN应重试
}

优化后：

ssize_t n;
do {
    n = read(fd, buf, 100);
} while (n == -1 && (errno == EINTR || errno == EAGAIN));
if (n == -1) {
    perror("read failed");
}

5. 底层原理补充

errno常为线程局部存储，防止多线程冲突（如glibc实现），但极端移植场合应确认。
系统调用失败后，内核会返回错误码，C库将其同步到errno。
C标准规定errno仅在出错时有效，成功时其值未定义。
多数系统调用返回-1并设置errno，极个别API（如返回指针）用NULL表示失败。

6. 系统调用错误处理流程

在这里插入图片描述

7. 总结与实际建议

C语言系统调用后必须检查返回值并妥善处理错误码，任何疏忽都可能导致资源泄漏、数据损坏或安全风险。
errno要就地保存、及时处理，避免后续API覆盖或跨线程污染。
可重试错误（EINTR/EAGAIN）要循环处理，保证健壮性。
移植与多线程环境下，要关注errno的存储模型和错误码兼容性。
错误处理推荐集中日志、分级反应，便于维护和调试。

核心建议：系统调用的错误检查与errno管理是C语言高质量工程的生命线，切勿掉以轻心。优雅而严谨的错误处理是健壮C程序的基础。

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