系统调用
什么是系统调用：
由操作系统实现并提供给外部应用程序的编程接口。(Application Programming Interface，API)。是应用程序同系统之间数据交互的桥梁。
C标准函数和系统函数调用关系。一个helloworld如何打印到屏幕。
C标准库文件IO函数。
fopen、fclose、fseek、fgets、fputs、fread、fwrite......
r 只读、 r+读写
w只写并截断为0、 w+读写并截断为0
a追加只写、 a+追加读写
open/close函数
函数原型：头文件 <unistd.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
int close(int fd);
常用参数
O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR
O_APPEND、O_CREAT、O_EXCL（判断文件是否存在）、 O_TRUNC（文件截断为0）、 O_NONBLOCK
使用头文件：<fcntl.h>
open常见错误：
1. 打开文件不存在
2. 以写方式打开只读文件(打开文件没有对应权限)
3. 以只写方式打开目录
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> int main() { int fd = open("./test.txt",O_RDONLY); printf("fd = %d ",fd); close(fd); return 0; }
O_CREAT 才需要指定第三个参数，文件权限还需要依赖于掩码umask，mode & ~umask
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> int main() { int fd = open("./text.txt",O_RDONLY | O_CREAT, 777); // 权限八进制， printf("fd = %d",fd); close(fd); return 0; }
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> int main() { int fd = open("./textt.txt",O_RDONLY); printf("fd = %d",fd); printf("error: %d",errno); close(fd); return 0; }
文件描述符：
PCB进程控制块
可使用命令locate sched.h查看位置： /usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/sched.h
struct task_struct { 结构体
struct task_struct { #ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK /* * For reasons of header soup (see current_thread_info()), this * must be the first element of task_struct. */ struct thread_info thread_info; #endif /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped: */ volatile long state; /* * This begins the randomizable portion of task_struct. Only * scheduling-critical items should be added above here. */ randomized_struct_fields_start void *stack; atomic_t usage; /* Per task flags (PF_*), defined further below: */ unsigned int flags; unsigned int ptrace; #ifdef CONFIG_SMP struct llist_node wake_entry; int on_cpu; #ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK /* Current CPU: */ unsigned int cpu; #endif unsigned int wakee_flips; unsigned long wakee_flip_decay_ts; struct task_struct *last_wakee; int wake_cpu; #endif int on_rq; int prio; int static_prio; int normal_prio; unsigned int rt_priority; const struct sched_class *sched_class; struct sched_entity se; struct sched_rt_entity rt; #ifdef CONFIG_CGROUP_SCHED struct task_group *sched_task_group; #endif struct sched_dl_entity dl; #ifdef CONFIG_PREEMPT_NOTIFIERS /* List of struct preempt_notifier: */ struct hlist_head preempt_notifiers; #endif #ifdef CONFIG_BLK_DEV_IO_TRACE unsigned int btrace_seq; #endif unsigned int policy; int nr_cpus_allowed; cpumask_t cpus_allowed; #ifdef CONFIG_PREEMPT_RCU int rcu_read_lock_nesting; union rcu_special rcu_read_unlock_special; struct list_head rcu_node_entry; struct rcu_node *rcu_blocked_node; #endif /* #ifdef CONFIG_PREEMPT_RCU */ #ifdef CONFIG_TASKS_RCU unsigned long rcu_tasks_nvcsw; u8 rcu_tasks_holdout; u8 rcu_tasks_idx; int rcu_tasks_idle_cpu; struct list_head rcu_tasks_holdout_list; #endif /* #ifdef CONFIG_TASKS_RCU */ struct sched_info sched_info; struct list_head tasks; #ifdef CONFIG_SMP struct plist_node pushable_tasks; struct rb_node pushable_dl_tasks; #endif struct mm_struct *mm; struct mm_struct *active_mm; /* Per-thread vma caching: */ struct vmacache vmacache; #ifdef SPLIT_RSS_COUNTING struct task_rss_stat rss_stat; #endif int exit_state; int exit_code; int exit_signal; /* The signal sent when the parent dies: */ int pdeath_signal; /* JOBCTL_*, siglock protected: */ unsigned long jobctl; /* Used for emulating ABI behavior of previous Linux versions: */ unsigned int personality; /* Scheduler bits, serialized by scheduler locks: */ unsigned sched_reset_on_fork:1; unsigned sched_contributes_to_load:1; unsigned sched_migrated:1; unsigned sched_remote_wakeup:1; /* Force alignment to the next boundary: */ unsigned :0; /* Unserialized, strictly 'current' */ /* Bit to tell LSMs we're in execve(): */ unsigned in_execve:1; unsigned in_iowait:1; #ifndef TIF_RESTORE_SIGMASK unsigned restore_sigmask:1; #endif #ifdef CONFIG_MEMCG unsigned memcg_may_oom:1; #ifndef CONFIG_SLOB unsigned memcg_kmem_skip_account:1; #endif #endif #ifdef CONFIG_COMPAT_BRK unsigned brk_randomized:1; #endif #ifdef CONFIG_CGROUPS /* disallow userland-initiated cgroup migration */ unsigned no_cgroup_migration:1; #endif unsigned long atomic_flags; /* Flags requiring atomic access. */ struct restart_block restart_block; pid_t pid; pid_t tgid; #ifdef CONFIG_CC_STACKPROTECTOR /* Canary value for the -fstack-protector GCC feature: */ unsigned long stack_canary; #endif /* * Pointers to the (original) parent process, youngest child, younger sibling, * older sibling, respectively. (p->father can be replaced with * p->real_parent->pid) */ /* Real parent process: */ struct task_struct __rcu *real_parent; /* Recipient of SIGCHLD, wait4() reports: */ struct task_struct __rcu *parent; /* * Children/sibling form the list of natural children: */ struct list_head children; struct list_head sibling; struct task_struct *group_leader; /* * 'ptraced' is the list of tasks this task is using ptrace() on. * * This includes both natural children and PTRACE_ATTACH targets. * 'ptrace_entry' is this task's link on the p->parent->ptraced list. */ struct list_head ptraced; struct list_head ptrace_entry; /* PID/PID hash table linkage. */ struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX]; struct list_head thread_group; struct list_head thread_node; struct completion *vfork_done; /* CLONE_CHILD_SETTID: */ int __user *set_child_tid; /* CLONE_CHILD_CLEARTID: */ int __user *clear_child_tid; u64 utime; u64 stime; #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_SCALED_CPUTIME u64 utimescaled; u64 stimescaled; #endif u64 gtime; struct prev_cputime prev_cputime; #ifdef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN struct vtime vtime; #endif #ifdef CONFIG_NO_HZ_FULL atomic_t tick_dep_mask; #endif /* Context switch counts: */ unsigned long nvcsw; unsigned long nivcsw; /* Monotonic time in nsecs: */ u64 start_time; /* Boot based time in nsecs: */ u64 real_start_time; /* MM fault and swap info: this can arguably be seen as either mm-specific or thread-specific: */ unsigned long min_flt; unsigned long maj_flt; #ifdef CONFIG_POSIX_TIMERS struct task_cputime cputime_expires; struct list_head cpu_timers[3]; #endif /* Process credentials: */ /* Tracer's credentials at attach: */ const struct cred __rcu *ptracer_cred; /* Objective and real subjective task credentials (COW): */ const struct cred __rcu *real_cred; /* Effective (overridable) subjective task credentials (COW): */ const struct cred __rcu *cred; /* * executable name, excluding path. * * - normally initialized setup_new_exec() * - access it with [gs]et_task_comm() * - lock it with task_lock() */ char comm[TASK_COMM_LEN]; struct nameidata *nameidata; #ifdef CONFIG_SYSVIPC struct sysv_sem sysvsem; struct sysv_shm sysvshm; #endif #ifdef CONFIG_DETECT_HUNG_TASK unsigned long last_switch_count; #endif /* Filesystem information: */ struct fs_struct *fs; /* Open file information: */ struct files_struct *files; /* Namespaces: */ struct nsproxy *nsproxy; /* Signal handlers: */ struct signal_struct *signal; struct sighand_struct *sighand; sigset_t blocked; sigset_t real_blocked; /* Restored if set_restore_sigmask() was used: */ sigset_t saved_sigmask; struct sigpending pending; unsigned long sas_ss_sp; size_t sas_ss_size; unsigned int sas_ss_flags; struct callback_head *task_works; struct audit_context *audit_context; #ifdef CONFIG_AUDITSYSCALL kuid_t loginuid; unsigned int sessionid; #endif struct seccomp seccomp; /* Thread group tracking: */ u32 parent_exec_id; u32 self_exec_id; /* Protection against (de-)allocation: mm, files, fs, tty, keyrings, mems_allowed, mempolicy: */ spinlock_t alloc_lock; /* Protection of the PI data structures: */ raw_spinlock_t pi_lock; struct wake_q_node wake_q; #ifdef CONFIG_RT_MUTEXES /* PI waiters blocked on a rt_mutex held by this task: */ struct rb_root_cached pi_waiters; /* Updated under owner's pi_lock and rq lock */ struct task_struct *pi_top_task; /* Deadlock detection and priority inheritance handling: */ struct rt_mutex_waiter *pi_blocked_on; #endif #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES /* Mutex deadlock detection: */ struct mutex_waiter *blocked_on; #endif #ifdef CONFIG_TRACE_IRQFLAGS unsigned int irq_events; unsigned long hardirq_enable_ip; unsigned long hardirq_disable_ip; unsigned int hardirq_enable_event; unsigned int hardirq_disable_event; int hardirqs_enabled; int hardirq_context; unsigned long softirq_disable_ip; unsigned long softirq_enable_ip; unsigned int softirq_disable_event; unsigned int softirq_enable_event; int softirqs_enabled; int softirq_context; #endif #ifdef CONFIG_LOCKDEP # define MAX_LOCK_DEPTH 48UL u64 curr_chain_key; int lockdep_depth; unsigned int lockdep_recursion; struct held_lock held_locks[MAX_LOCK_DEPTH]; #endif #ifdef CONFIG_UBSAN unsigned int in_ubsan; #endif /* Journalling filesystem info: */ void *journal_info; /* Stacked block device info: */ struct bio_list *bio_list; #ifdef CONFIG_BLOCK /* Stack plugging: */ struct blk_plug *plug; #endif /* VM state: */ struct reclaim_state *reclaim_state; struct backing_dev_info *backing_dev_info; struct io_context *io_context; /* Ptrace state: */ unsigned long ptrace_message; siginfo_t *last_siginfo; struct task_io_accounting ioac; #ifdef CONFIG_TASK_XACCT /* Accumulated RSS usage: */ u64 acct_rss_mem1; /* Accumulated virtual memory usage: */ u64 acct_vm_mem1; /* stime + utime since last update: */ u64 acct_timexpd; #endif #ifdef CONFIG_CPUSETS /* Protected by ->alloc_lock: */ nodemask_t mems_allowed; /* Seqence number to catch updates: */ seqcount_t mems_allowed_seq; int cpuset_mem_spread_rotor; int cpuset_slab_spread_rotor; #endif #ifdef CONFIG_CGROUPS /* Control Group info protected by css_set_lock: */ struct css_set __rcu *cgroups; /* cg_list protected by css_set_lock and tsk->alloc_lock: */ struct list_head cg_list; #endif #ifdef CONFIG_INTEL_RDT u32 closid; u32 rmid; #endif #ifdef CONFIG_FUTEX struct robust_list_head __user *robust_list; #ifdef CONFIG_COMPAT struct compat_robust_list_head __user *compat_robust_list; #endif struct list_head pi_state_list; struct futex_pi_state *pi_state_cache; #endif #ifdef CONFIG_PERF_EVENTS struct perf_event_context *perf_event_ctxp[perf_nr_task_contexts]; struct mutex perf_event_mutex; struct list_head perf_event_list; #endif #ifdef CONFIG_DEBUG_PREEMPT unsigned long preempt_disable_ip; #endif #ifdef CONFIG_NUMA /* Protected by alloc_lock: */ struct mempolicy *mempolicy; short il_prev; short pref_node_fork; #endif #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING int numa_scan_seq; unsigned int numa_scan_period; unsigned int numa_scan_period_max; int numa_preferred_nid; unsigned long numa_migrate_retry; /* Migration stamp: */ u64 node_stamp; u64 last_task_numa_placement; u64 last_sum_exec_runtime; struct callback_head numa_work; struct list_head numa_entry; struct numa_group *numa_group; /* * numa_faults is an array split into four regions: * faults_memory, faults_cpu, faults_memory_buffer, faults_cpu_buffer * in this precise order. * * faults_memory: Exponential decaying average of faults on a per-node * basis. Scheduling placement decisions are made based on these * counts. The values remain static for the duration of a PTE scan. * faults_cpu: Track the nodes the process was running on when a NUMA * hinting fault was incurred. * faults_memory_buffer and faults_cpu_buffer: Record faults per node * during the current scan window. When the scan completes, the counts * in faults_memory and faults_cpu decay and these values are copied. */ unsigned long *numa_faults; unsigned long total_numa_faults; /* * numa_faults_locality tracks if faults recorded during the last * scan window were remote/local or failed to migrate. The task scan * period is adapted based on the locality of the faults with different * weights depending on whether they were shared or private faults */ unsigned long numa_faults_locality[3]; unsigned long numa_pages_migrated; #endif /* CONFIG_NUMA_BALANCING */ struct tlbflush_unmap_batch tlb_ubc; struct rcu_head rcu; /* Cache last used pipe for splice(): */ struct pipe_inode_info *splice_pipe; struct page_frag task_frag; #ifdef CONFIG_TASK_DELAY_ACCT struct task_delay_info *delays; #endif #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION int make_it_fail; unsigned int fail_nth; #endif /* * When (nr_dirtied >= nr_dirtied_pause), it's time to call * balance_dirty_pages() for a dirty throttling pause: */ int nr_dirtied; int nr_dirtied_pause; /* Start of a write-and-pause period: */ unsigned long dirty_paused_when; #ifdef CONFIG_LATENCYTOP int latency_record_count; struct latency_record latency_record[LT_SAVECOUNT]; #endif /* * Time slack values; these are used to round up poll() and * select() etc timeout values. These are in nanoseconds. */ u64 timer_slack_ns; u64 default_timer_slack_ns; #ifdef CONFIG_KASAN unsigned int kasan_depth; #endif #ifdef CONFIG_FUNCTION_GRAPH_TRACER /* Index of current stored address in ret_stack: */ int curr_ret_stack; /* Stack of return addresses for return function tracing: */ struct ftrace_ret_stack *ret_stack; /* Timestamp for last schedule: */ unsigned long long ftrace_timestamp; /* * Number of functions that haven't been traced * because of depth overrun: */ atomic_t trace_overrun; /* Pause tracing: */ atomic_t tracing_graph_pause; #endif #ifdef CONFIG_TRACING /* State flags for use by tracers: */ unsigned long trace; /* Bitmask and counter of trace recursion: */ unsigned long trace_recursion; #endif /* CONFIG_TRACING */ #ifdef CONFIG_KCOV /* Coverage collection mode enabled for this task (0 if disabled): */ enum kcov_mode kcov_mode; /* Size of the kcov_area: */ unsigned int kcov_size; /* Buffer for coverage collection: */ void *kcov_area; /* KCOV descriptor wired with this task or NULL: */ struct kcov *kcov; #endif #ifdef CONFIG_MEMCG struct mem_cgroup *memcg_in_oom; gfp_t memcg_oom_gfp_mask; int memcg_oom_order; /* Number of pages to reclaim on returning to userland: */ unsigned int memcg_nr_pages_over_high; #endif #ifdef CONFIG_UPROBES struct uprobe_task *utask; #endif #if defined(CONFIG_BCACHE) || defined(CONFIG_BCACHE_MODULE) unsigned int sequential_io; unsigned int sequential_io_avg; #endif #ifdef CONFIG_DEBUG_ATOMIC_SLEEP unsigned long task_state_change; #endif int pagefault_disabled; #ifdef CONFIG_MMU struct task_struct *oom_reaper_list; #endif #ifdef CONFIG_VMAP_STACK struct vm_struct *stack_vm_area; #endif #ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK /* A live task holds one reference: */ atomic_t stack_refcount; #endif #ifdef CONFIG_LIVEPATCH int patch_state; #endif #ifdef CONFIG_SECURITY /* Used by LSM modules for access restriction: */ void *security; #endif /* * New fields for task_struct should be added above here, so that * they are included in the randomized portion of task_struct. */ randomized_struct_fields_end /* CPU-specific state of this task: */ struct thread_struct thread; /* * WARNING: on x86, 'thread_struct' contains a variable-sized * structure. It *MUST* be at the end of 'task_struct'. * * Do not put anything below here! */ };
每当执行一个程序，运行./a.out，它就会产生这样一个0-4G的虚拟内存地址空间
文件描述符表
结构体PCB 的成员变量file_struct *file 指向文件描述符表。
从应用程序使用角度，该指针可理解记忆成一个字符指针数组，下标0/1/2/3/4...找到文件结构体。
本质是一个键值对0、1、2...都分别对应具体地址。但键值对使用的特性是自动映射，我们只操作键不直接使用值。
新打开文件返回文件描述符表中未使用的最小文件描述符。
STDIN_FILENO 0
STDOUT_FILENO 1
STDERR_FILENO 2
FILE结构体
主要包含文件描述符、文件读写位置、IO缓冲区三部分内容。
struct file {
...
文件的偏移量；
文件的访问权限；
文件的打开标志；
文件内核缓冲区的首地址；
struct operations * f_op;
...
};
查看方法：
(1) /usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/fs.h
(2) lxr：LXR（ Linux超文本交叉代码检索工具）
Linux超文本交叉代码检索工具LXR（Linux Cross Reference），是由挪威奥斯陆大学数学系Arne Georg Gleditsch和Per Kristian Gjermshus编写的。这个工具实际上运行在Linux或者UNIX平台下，通过对源代码中的所有符号建立索引，从而可以方便的检索任何一个符号，包括函数、外部变量、文件名、宏定义等等。不仅仅是针对Linux源代码，对于C语言的其他大型的项目，都可以建立其lxr站点，以提供开发者查询代码，以及后继开发者学习代码。 目前的lxr是专门为Linux下面的Apache服务器设计的，通过运行perl脚本，检索在安装时根据需要建立的源代码索引文件，将数据发送到网络客户端的Web浏览器上。任何一种平台上的Web浏览器都可以访问，这就方便了习惯在Windows平台下工作的用户。 关于lxr的英文网站为http://lxr.linux.no/，在中国Linux论坛http://www.linuxforum.net上有其镜象。 如何建立自己的LXR网站？ 直接通过http://lxr.linux.no/lxr-0.3.tar.gz，下载lxr的tarball形式的安装包。 另外，因为lxr使用glimpse作为整个项目中文本的搜索工具，因此还需要下载glimpse， 网址在http://glimpse.cs.arizona.edu ，下载glimpse-4.12.6.bin.Linux-2.2.5-22-i686.tar.gz， 也可以使用更新的版本。 下载以后按照说明进行安装和配置，就可以建立自己的LXR网站。 如果你上网很方便，就可以直接从http://lxr.linux.no/网站查询你需要的各种源码信息。 目前，可用的lxr网址有： linux源码浏览：http://lxr.free-electrons.com/
百度 lxr → lxr.oss.org.cn → 选择内核版本(如3.10) → 点击File Search进行搜索
→ 关键字：“include/linux/fs.h” → Ctrl+F 查找 “struct file {”
→ 得到文件内核中结构体定义
→ “struct file_operations”文件内容操作函数指针
→ “struct inode_operations”文件属性操作函数指针
最大打开文件数
一个进程默认打开文件的个数1024。
命令查看ulimit -a 查看open files 对应值。默认为1024
gec@ubuntu:~/myshare/文件IO$ ulimit -a core file size (blocks, -c) 0 data seg size (kbytes, -d) unlimited scheduling priority (-e) 0 file size (blocks, -f) unlimited pending signals (-i) 3615 max locked memory (kbytes, -l) 64 max memory size (kbytes, -m) unlimited open files (-n) 1024 pipe size (512 bytes, -p) 8 POSIX message queues (bytes, -q) 819200 real-time priority (-r) 0 stack size (kbytes, -s) 8192 cpu time (seconds, -t) unlimited max user processes (-u) 3615 virtual memory (kbytes, -v) unlimited file locks (-x) unlimited
可以使用ulimit -n 4096 修改
当然也可以通过修改系统配置文件永久修改该值，但是不建议这样操作。
cat /proc/sys/fs/file-max可以查看该电脑最大可以打开的文件个数。受内存大小影响。
gec@ubuntu:~/myshare/文件IO$ cat /proc/sys/fs/file-max 91729
read/write函数
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
read与write函数原型类似。使用时需注意：read/write函数的第三个参数。
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> int main() { char buf[1024] = {0}; int ret = 0; int fd = open("./open.c",O_RDONLY); printf("fd = %d",fd); printf("error: %d",errno); while((ret= read(fd,buf,sizeof(buf))) != 0 ) { write(STDOUT_FILENO,buf,ret); } close(fd); return 0; }
练习：编写程序实现简单的cp功能。
/* *./mycp src dst 命令行参数实现简单的cp命令 */ #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> char buf[1024]; int main(int argc, char *argv[]) { int src, dst; int n; src = open(argv[1], O_RDONLY); //只读打开源文件 if(src < 0){ perror("open src error"); exit(1); } //只写方式打开，覆盖原文件内容，不存在则创建，rw-r--r-- dst = open(argv[2], O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT, 0644); if(src < 0){ perror("open dst error"); exit(1); } while((n = read(src, buf, 1024))){ if(n < 0){ perror("read src error"); exit(1); } write(dst, buf, n); //不应写出1024, 读多少写多少 } close(src); close(dst); return 0; }
程序比较：如果一个只读一个字节实现文件拷贝，使用read、write效率高，还是使用对应的标库函数效率高呢？
用系统函数read和write 一次一个字节的读写操作，和标准库函数 fgetc, fputc 一次一个字节读写
从理论上来看，好像 fgetc, fputc 的执行效率要比 read，write 慢，因为标库函数 底层还是调用系统函数
#include <string.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #define N 1 int main(int argc, char *argv[]) { int fd, fd_out; int n; char buf[N]; fd = open("dict.txt", O_RDONLY); if(fd < 0){ perror("open dict.txt error"); exit(1); } fd_out = open("dict.cp", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644); if(fd < 0){ perror("open dict.cp error"); exit(1); } while((n = read(fd, buf, N))){ if(n < 0){ perror("read error"); exit(1); } write(fd_out, buf, n); } close(fd); close(fd_out); return 0; }
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { FILE *fp, *fp_out; int n; fp = fopen("dict.txt", "r"); if(fp == NULL){ perror("fopen error"); exit(1); } fp_out = fopen("dict.cp", "w"); if(fp == NULL){ perror("fopen error"); exit(1); } while((n = fgetc(fp)) != EOF){ fputc(n, fp_out); } fclose(fp); fclose(fp_out); return 0; }
但是实际运行 标库函数运行的效率明显高于系统调用，这是因为系统的一个预读入和缓输出的机制
标库函数用户区有一个默认 4096 字节的缓冲区，不会每一次调用都去触发底层的系统调用，而系统调用函数用户区没有缓冲区机制，它的缓冲区大小有我们在程序中指定，
所以一个字节一个字节的读写操作的时候，标库函数要比系统调用节省很多次数据从用户区到内核区的的拷贝，而这一块是很耗费时间的。
strace命令
shell中使用strace命令跟踪程序执行，查看调用的系统函数。
缓冲区
read、write函数常常被称为Unbuffered I/O。指的是无用户及缓冲区。但不保证不使用内核缓冲区。
预读入缓输出
错误处理函数：
错误号：errno
perror函数： void perror(const char *s); strerror函数： char *strerror(int errnum);
还有一个函数 strerror() 了解一下
查看错误号：
/usr/include/asm-generic/errno-base.h /usr/include/asm-generic/errno.h
#include <unistd.h> //read write #include <fcntl.h> //open close O_WRONLY O_RDONLY O_CREAT O_RDWR #include <stdlib.h> //exit #include <errno.h> #include <stdio.h> //perror #include <string.h> int main(void) { int fd; #if 1 //打开文件不存在 fd = open("test", O_RDONLY | O_CREAT); if(fd < 0){ printf("errno = %d ", errno); // perror("open test error"); printf("open test error: %s " , strerror(errno)); //printf("open test error "); exit(1); } #elif 0 //打开的文件没有对应权限(以只写方式打开一个只有读权限的文件) fd = open("test", O_WRONLY); //O_RDWR也是错误的 if(fd < 0){ printf("errno = %d ", errno); perror("open test error"); //printf("open test error "); exit(1); } #endif #if 0 //以写方式打开一个目录 fd = open("testdir", O_RDWR); //O_WRONLY也是错的 if(fd < 0){ perror("open testdir error"); exit(1); } #endif return 0; }
阻塞、非阻塞
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。
现在明确一下阻塞（Block）这个概念。当进程调用一个阻塞的系统函数时，该进程被置于睡眠（Sleep）状态，这时内核调度其它进程运行，直到该进程等待的事件发生了（比如网络上接收到数据包，或者调用sleep指定的睡眠时间到了）它才有可能继续运行。与睡眠状态相对的是运行（Running）状态，在Linux内核中，处于运行状态的进程分为两种情况：
正在被调度执行。CPU处于该进程的上下文环境中，程序计数器（eip）里保存着该进程的指令地址，通用寄存器里保存着该进程运算过程的中间结果，正在执行该进程的指令，正在读写该进程的地址空间。
就绪状态。该进程不需要等待什么事件发生，随时都可以执行，但CPU暂时还在执行另一个进程，所以该进程在一个就绪队列中等待被内核调度。系统中可能同时有多个就绪的进程，那么该调度谁执行呢？内核的调度算法是基于优先级和时间片的，而且会根据每个进程的运行情况动态调整它的优先级和时间片，让每个进程都能比较公平地得到机会执行，同时要兼顾用户体验，不能让和用户交互的进程响应太慢。
阻塞读终端：【block_readtty.c】
#include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> //hello worl d int main(void) { char buf[10]; int n; n = read(STDIN_FILENO, buf, 10); // #define STDIN_FILENO 0 STDOUT_FILENO 1 STDERR_FILENO 2 if(n < 0){ perror("read STDIN_FILENO"); //printf("%d", errno); exit(1); } write(STDOUT_FILENO, buf, n); return 0; }
非阻塞读终端 【nonblock_readtty.c】
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MSG_TRY "try again " int main(void) { char buf[10]; int fd, n; fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK); //使用O_NONBLOCK标志设置非阻塞读终端 if(fd < 0){ perror("open /dev/tty"); exit(1); } tryagain: n = read(fd, buf, 10); //-1 (1) 出错 errno==EAGAIN或者EWOULDBLOCK if(n < 0){ //由于open时指定了O_NONBLOCK标志，read读设备，没有数据到达返回-1，同时将errno设置为EAGAIN或EWOULDBLOCK if(errno != EAGAIN){ //也可以是 if(error != EWOULDBLOCK)两个宏值相同 perror("read /dev/tty"); exit(1); } sleep(3); write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY)); goto tryagain; } write(STDOUT_FILENO, buf, n); close(fd); return 0; }
非阻塞读终端和等待超时【nonblock_timeout.c】
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #define MSG_TRY "try again " #define MSG_TIMEOUT "time out " int main(void) { char buf[10]; int fd, n, i; fd = open("/dev/tty", O_RDONLY|O_NONBLOCK); // 重新打开 终端设备，默认是阻塞的，指定非阻塞打开方式 if(fd < 0){ perror("open /dev/tty"); exit(1); } printf("open /dev/tty ok... %d ", fd); for (i = 0; i < 5; i++){ n = read(fd, buf, 10); if(n > 0){ //说明读到了东西 break; } if(errno != EAGAIN){ //EWOULDBLK 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; }
注意，阻塞与非阻塞是对于文件而言的。而不是read、write等的属性。read终端，默认阻塞读。
总结read 函数返回值：
1. 返回非零值： 实际read到的字节数
2. 返回-1：
1）：errno != EAGAIN (或!= EWOULDBLOCK) read出错
2）：errno == EAGAIN (或== EWOULDBLOCK) 设置了非阻塞读，并且没有数据到达。
3. 返回0：读到文件末尾
lseek函数
文件偏移
Linux中可使用系统函数lseek来修改文件偏移量(读写位置)
每个打开的文件都记录着当前读写位置，打开文件时读写位置是0，表示文件开头，通常读写多少个字节就会将读写位置往后移多少个字节。
但是有一个例外，如果以O_APPEND方式打开，每次写操作都会在文件末尾追加数据，然后将读写位置移到新的文件末尾。
lseek和标准I/O库的fseek函数类似，可以移动当前读写位置（或者叫偏移量）。
fseek的作用及常用参数。 SEEK_SET（头）、SEEK_CUR（当前位置）、SEEK_END（文件尾）
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence); 成功返回0；失败返回-1
特别的：超出文件末尾位置返回0（返回0标志着成功，不会出错）；往回超出文件头位置，返回-1（失败）
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence); 失败返回-1；成功：返回的值是较文件起始位置向后的偏移量。
特别的：lseek允许超过文件结尾设置偏移量，文件会因此被拓展（必须要有IO操作之后，拓展才会生效）。
lseek(fd, 99, SEEK_SET); write(fd, "s", 1); // 必须要有IO操作
注意文件“读”和“写”使用同一偏移位置。【lseek.c】
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> int main(void) { int fd, n; char msg[] = "It's a test for lseek "; char ch; fd = open("lseek.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0644); if(fd < 0){ perror("open lseek.txt error"); exit(1); } write(fd, msg, strlen(msg)); //使用fd对打开的文件进行写操作，问价读写位置位于文件结尾处。 lseek(fd, 0, SEEK_SET); //修改文件读写指针位置，位于文件开头。 注释该行会，将读不到数据 while((n = read(fd, &ch, 1))){ if(n < 0){ perror("read error"); exit(1); } write(STDOUT_FILENO, &ch, n); //将文件内容按字节读出，写出到屏幕 } close(fd); return 0; }
lseek常用应用：
1. 使用lseek拓展文件：write操作才能实质性的拓展文件。单lseek是不能进行拓展的。
一般：write(fd, "a", 1);
od -tcx filename 查看文件的16进制表示形式
od -tcd filename 查看文件的10进制表示形式
2. 通过lseek获取文件的大小：lseek(fd, 0, SEEK_END); 【lseek_test.c】
【最后注意】：lseek函数返回的偏移量总是相对于文件头而言。
fcntl函数
改变一个【已经打开】的文件的 访问控制属性。
重点掌握两个参数的使用，F_GETFL 和 F_SETFL。【fcntl.c】
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <errno.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define MSG_TRY "try again " int main(void) { char buf[10]; int flags, n; flags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL); //获取stdin属性信息 if(flags == -1){ perror("fcntl error"); exit(1); } flags |= O_NONBLOCK; int ret = fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, flags); if(ret == -1){ perror("fcntl error"); exit(1); } tryagain: n = read(STDIN_FILENO, buf, 10); if(n < 0){ if(errno != EAGAIN){ perror("read /dev/tty"); exit(1); } sleep(3); write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY)); goto tryagain; } write(STDOUT_FILENO, buf, n); return 0; }
ioctl函数
对设备的I/O通道进行管理，控制设备特性。(主要应用于设备驱动程序中)。
通常用来获取文件的【物理特性】（该特性，不同文件类型所含有的值各不相同） 【ioctl.c】
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/ioctl.h> int main(void) { struct winsize size; if (isatty(STDOUT_FILENO) == 0) // exit(1); if(ioctl(STDOUT_FILENO, TIOCGWINSZ, &size)<0) { perror("ioctl TIOCGWINSZ error"); exit(1); } printf("%d rows, %d columns ", size.ws_row, size.ws_col); return 0; }
传入传出参数
传入参数：
const 关键字修饰的 指针变量 在函数内部读操作。 char *strcpy(cnost char *src, char *dst);
传出参数：
1. 指针做为函数参数
2. 函数调用前，指针指向的空间可以无意义，调用后指针指向的空间有意义，且作为函数的返回值传出
3. 在函数内部写操作。
传入传出参数：
1. 调用前指向的空间有实际意义 2. 调用期间在函数内读、写(改变原值)操作 3.作为函数返回值传出。
扩展阅读：
关于虚拟4G内存的描述和解析：
一个进程用到的虚拟地址是由内存区域表来管理的，实际用不了4G。而用到的内存区域，会通过页表映射到物理内存。
所以每个进程都可以使用同样的虚拟内存地址而不冲突，因为它们的物理地址实际上是不同的。内核用的是3G以上的1G虚拟内存地址，
其中896M是直接映射到物理地址的，128M按需映射896M以上的所谓高位内存。各进程使用的是同一个内核。
首先要分清“可以寻址”和“实际使用”的区别。
其实我们讲的每个进程都有4G虚拟地址空间，讲的都是“可以寻址”4G，意思是虚拟地址的0-3G对于一个进程的用户态和内核态来说是可以访问的，而3-4G是只有进程的内核态可以访问的。并不是说这个进程会用满这些空间。
其次，所谓“独立拥有的虚拟地址”是指对于每一个进程，都可以访问自己的0-4G的虚拟地址。虚拟地址是“虚拟”的，需要转化为“真实”的物理地址。
好比你有你的地址簿，我有我的地址簿。你和我的地址簿都有1、2、3、4页，但是每页里面的实际内容是不一样的，我的地址簿第1页写着3你的地址簿第1页写着4，对于你、我自己来说都是用第1页（虚拟），实际上用的分别是第3、4页（物理），不冲突。
内核用的896M虚拟地址是直接映射的，意思是只要把虚拟地址减去一个偏移量（3G）就等于物理地址。同样，这里指的还是寻址，实际使用前还是要分配内存。而且896M只是个最大值。如果物理内存小，内核能使用（分配）的可用内存也小。