Linux内核 系统调用和文件IO

系统调用（system calls）

讲内核之前，先讲讲系统调用。因为用户是通过系统调用才能访问系统内核。

定义：

操作系统提供用户程序调用的一组’特殊’的接口。就是内核提供给用户可以操作内核的一组函数接口。

作用：

用户程序可以通过这组“特别”接口来获得操作系统内核提供的服务，比如用户可以通过文件系统相关的调用请求系统打开、关闭或读写文件、可以通过时钟相关的系统调用获取系统时间或设置定时器等。用户借助系统调用操作内核。从逻辑上来说，系统调用可被看成一个内核与用户空间程序交互的接口。

存在的意义 系统调用保护内核

将linux的运行空间分为内核空间与用户空间，他们各自运行在不同的级别中，逻辑上相互隔离。所以进程也分内核进程和用户进程，但很多情况用户进程需要获得系统服务（调用系统程序），这就需要系统提供“特殊接口” 。用户态可以通过软件中断切换到内核态

系统调用和库函数的区别

linux下对文件操作有两种方式：系统调用(system call)和库函数调用（library functions）。
库函数

1. 不需要调用系统调用
2. 需要调用系统调用

库函数调用 是第三方的函数接口。
系统调用 是内核提供给用户的函数接口。
库函数调用也可以使用 系统调用。

使用系统调用必须花费时间。

C库中IO函数工作流程

提高工作效率方法：文件操作时，先存在缓存区，再一次性库函数调用。

文件描述符（重要）和查看进程号

Linux一切设备皆文件。可以系统调用I/O函数，对文件进行操作（常见open()、close()、write()、read()等)。

打开文件或新建文件时，系统会返回一个文件描述符，文件描述符用来指定存在的文件。文件描述符是非负整数，是文件的标识。

系统会为每一个进程 分配文件描述符表。管理进程所有文件描述符。
系统会为每一个进程 ，默认打开三个文件描述符：0，1，2

文件描述符	意义	代表函数
0	标准输入设备（键盘）	scanf
1	标准输出设备（终端）	printf
2	标准错误输出（终端）	perror

文件描述符表 是通过“位图”来管理文件描述符。使用1024位2进制管理。每一位二进制值的 1代表打开，0代表关闭。

查看当前进程号
命令：ps -A | grep “当前进程执行文件”

查看当前系统文件的文件描述符数量
命令：ulimit -a
修改当前系统文件的描述符数量
命令：ulimit -n 2048

文件IO操作

文件常见操作IO：open、close、write、read

打开文件open

2. man 2 open 查看open函数

#include 
#include 
#include 
int open(const char*pathname,int flags); //flags 打开文件操作权限
int open(const char*pathname,int flags,.mode_t mode);  //mode 打开不存在文件，并创建，设置在磁盘上的权限。

功能：打开文件，若存在并可以选择创建。
参数：
pathname：文件路径和文件名
flags：打开文件标识，
必选项:O_RDONLY.O_WRONLY,O_RDWR
可选项:

取值	含义
O_CREAT	文件不存在则创建文件，使用此选项时需使用mode说明文件的权限
O_EXCL	如果同时指定O_CREAT,且文件已经存在，则出错
O_TRUNC	如果文件存在，则清空文件内容
O_ARREND	写文件时，数据添加到文件末尾
O_NONBLOCK	对于设备文件，以O_NONBLOCK方式打开可以做非阻塞I/O

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磁盘权限
返回值：
成功：返回打开文件描述符
失败：-1
mode_t：是整型类型 int

mode文件在磁盘的用户权限
磁盘文件的用户权限分类：所有拥有者权限(u)、同组用户权限(g)
其他用户权限（o)

mode系统掩码umask：
shell进程的umask掩码可以用umask命令查看
umask:查看掩码（补码） //系统去掉的权限，为了保护系统文件
文件最终权限=给定的文件权限 - umask

close关闭文件标识符

#include 
声明：int close(int fd);
参数fd:文件描述符，open函数的返回值
返回值：
成功：0
失败：-1，并设置**errno**(系统全局变量）
colse工作步骤，先将文件描述符的数量-1。相反open是将描述符数量+1.当文件描述符数量变成0时，系统回收文件描述符所占的内核空间。

write向文件写函数

#include
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t conut);
功能：把指定的数据写入文件(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格式
失败：-1（文件没有写权限时，会返回-1）

#实例
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc,char const *argv[])
{
	int fd = open("a.txt",O_WRONLY | O_CREAT, 0666); //打开一个权限为666的a.txt文件，没有就创建
	if(fd<0)
	{
		perror("open");
		return 0;
	}
	printf("fd = %d\n",fd);

	char buf[128]=""; //数据缓冲区
	fgets(buf,sizeof(buf),stdin); //等待键盘输入数据到缓冲区
	buf[strlen(buf)-1]=0; //remote '\n'

	write(fd,buf,strlen(buf));
	close(fd);
	return 0;
}

read 读取文件数据

#include 
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t conut);
功能：把指定文件数据读到内存（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(文件权限不够、文件已经关闭或没有打开）