Linux系统编程-系统调用以及常用的文件IO函数

什么是系统调用

系统调用可被看成是一个内核与用户空间程序交互的接口——它好比一个中间人，把用户进程的请求传达给内核，待内核把请求处理完毕后再将处理结果送回给用户空间。

系统调用的实现

系统调用是属于操作系统内核的一部分的，必须以某种方式提供给进程让它们去调用。操作系统一般是通过软件中断从用户态切换到内核态。

系统调用和库函数的区别

库函数由两类函数组成：

1）不需要调用系统调用

不需要切换到内核空间即可完成函数全部功能，并且将结果反馈给应用程序，如strcpy、bzero 等字符串操作函数。

2）需要调用系统调用

需要切换到内核空间，这类函数通过封装系统调用去实现相应功能，如 printf、fread等。

错误处理函数

errno 是记录系统的最后一次错误代码。代码是一个int型的值，在errno.h中定义。查看错误代码errno是调试程序的一个重要方法。

当Linux C api函数发生异常时，一般会将errno全局变量赋一个整数值，不同的值表示不同的含义，可以通过查看该值推测出错的原因。

文件描述符

打开现存文件或新建文件时，系统（内核）会返回一个文件描述符，文件描述符用来指定已打开的文件。这个文件描述符是文件的标识，操作这个文件描述符相当于操作这个描述符所指定的文件。

程序运行起来后（每个进程）都有一张文件描述符的表，标准输入、标准输出、标准错误输出设备文件被打开，对应的文件描述符 0、1、2 记录在表中。程序运行起来后这三个文件描述符是默认打开的。
在程序运行起来后打开其他文件时，系统会返回文件描述符表中最小可用的文件描述符，并将此文件描述符记录在表中。

Linux 中一个进程最多只能打开 NR_OPEN_DEFAULT （即1024）个文件，故当文件不再使用时应及时调用 close() 函数关闭文件

#查看当前系统允许打开最大文件个数：
cat /proc/sys/fs/file-max

#当前默认设置最大打开文件个数1024
ulimit -a

#修改默认设置最大打开文件个数为4096
ulimit -n 4096

常用文件IO函数

open函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
​
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
功能：
    打开文件，如果文件不存在则可以选择创建。
参数：
    pathname：文件的路径及文件名
    flags：打开文件的行为标志，必选项 O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR
    mode：这个参数，只有在文件不存在时有效，指新建文件时指定文件的权限
返回值：
    成功：成功返回打开的文件描述符
    失败：-1

close函数

#include <unistd.h>
​
int close(int fd);
功能：
    关闭已打开的文件
参数：
    fd : 文件描述符，open()的返回值
返回值：
    成功：0
    失败： -1, 并设置errno

write函数

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
功能：
    把指定数目的数据写到文件（fd）
参数：
    fd :  文件描述符
    buf : 数据首地址
    count : 写入数据的长度（字节）
返回值：
    成功：实际写入数据的字节个数
    失败： - 1

read函数

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
功能：
    把指定数目的数据读到内存（缓冲区）
参数：
    fd : 文件描述符
    buf : 内存首地址
    count : 读取的字节个数
返回值：
    成功：实际读取到的字节个数
    失败： - 1

阻塞和非阻塞的概念

读常规文件是不会阻塞的，不管读多少字节，read一定会在有限的时间内返回。

从终端设备或网络读则不一定，如果从终端输入的数据没有换行符，调用read读终端设备就会阻塞，如果网络上没有接收到数据包，调用read从网络读就会阻塞，至于会阻塞多长时间也是不确定的，如果一直没有数据到达就一直阻塞在那里。

同样，写常规文件是不会阻塞的，而向终端设备或网络写则不一定。

lseek函数

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
​
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
功能：
    改变文件的偏移量
参数：
    fd：文件描述符
    offset：根据whence来移动的位移数（偏移量），可以是正数，也可以负数，如果正数，则相对于whence往右移动，如果是负数，则相对于whence往左移动。如果向前移动的字节数超过了文件开头则出错返回，如果向后移动的字节数超过了文件末尾，再次写入时将增大文件尺寸。
​
    whence：其取值如下：
        SEEK_SET：从文件开头移动offset个字节
        SEEK_CUR：从当前位置移动offset个字节
        SEEK_END：从文件末尾移动offset个字节
返回值：
    若lseek成功执行, 则返回新的偏移量
    如果失败， 返回-1