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系统调用是指操作系统提供给用户程序的一组“特殊”接口,用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得得操作系统内核提供的特殊服务。在linux中用户程序不能直接访部内核提供的服务。为了更好的保护内核空间,将程序的运行空间分为内核空间和用户空间,他们运行在不同的级上,在逻辑上是相互隔离的。" R6 ^. V2 [9 U* c; k
2 ]5 J$ T% J: ]' D: u' y

3 p6 S2 o3 i3 I  y' \8 W3 ?在linux中用户编程接口(API)遵循了在UNIX中最流行的应用编程界面标准——POSIX标准。这些系统调用编程接口主要通过C库(libc)实现的。
3 f/ J* R* ~% R3 p8 N
6 V5 ]- X6 ~% h+ @0 K/ [# r8 F! F9 X3 }5 `
POSIX(PortableOperatingSystemInterface)是由IEEE制定的标准,致力于统一各种UNIX系统的接口,促进各种UNIX系统向互相兼容的发向发展。IEEE1003.1(也称为POSIX.1)定义了UNIX系统的函数接口,既包括C标准库函数,也包括系统调用和其它UNIX库函数。POSIX.1只定义接口而不定义实现,所以并不区分一个函数是库函数还是系统调用,至于哪些函数在用户空间实现,哪些函数在内核中实现,由操作系统的开发者决定,各种UNIX系统都不太一样。IEEE1003.2定义了Shell的语法和各种基本命令的选项等。本书的第三部分不仅讲解基本的系统函数接口,也顺带讲解Shell、基本命令、帐号和权限以及系统管理的基础知识,这些内容合在一起定义了UNIX系统的基本特性。
1 o. G  _0 ?* I2 a: d! ~7 q2 h
- q% ~! k. \/ c; a; B* Y9 F. @! W
  r# G8 C# ^2 d$ M' H1 Z在UNIX的发展历史上主要分成BSD和SYSV两个派系,各自实现了很多不同的接口,比如BSD的网络编程接口是socket,而SYSV的网络编程接口是基于STREAMS的TLI。POSIX在统一接口的过程中,有些接口借鉴BSD的,有些接口借鉴SYSV的,还有些接口既不是来自BSD也不是来自SYSV,而是凭空发明出来的(例如本书要讲的pthread库就属于这种情况),通过ManPage的COMFORMINGTO部分可以看出来一个函数接口属于哪种情况。Linux的源代码是完全从头编写的,并不继承BSD或SYSV的源代码,没有历史的包袱,所以能比较好地遵照POSIX标准实现,既有BSD的特性也有SYSV的特性,此外还有一些Linux特有的特性,比如epoll(7),依赖于这些接口的应用程序是不可移植的,但在Linux系统上运行效率很高。/ ]/ M% R0 X8 D4 c7 q" w' S! M
5 V" C' T; C! A6 v) l7 n9 A1 r
7 I; n. |4 l: X% G, L
可用的文件I/O函数——打开文件、读文件、写文件等等。大多数linux文件I/O只需用到5个函数:open、read、write、lseek以及close。不带缓存指的是每read和write都调用内核中的一个系统调用。这些不带缓存的I/O函数不是ANSIC的组成部分,但是POSIX组成部分。
* Z2 u6 ~4 W7 a; o" U+ a7 ]& I  W  ^- W) K9 b3 [

/ g& X; I0 o( |0 G& o! H" V文件描述符0 `/ X' f. D! o3 M  ?6 J, z

5 ?4 `4 {3 k2 U* u# M( }! H6 U+ O% R
对于内核而言,所有打开文件都由文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。当打开一个现存文件或创建一个新文件时,内核向进程返回一个文件描述符。当读、写一个文件时,用open或creat返回的文件描述符标识该文件,将其作为参数传送给read或write。在POSIX.1应用程序中,整数0、1、2应被代换成符号常数STDIN_FILEN0、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO。这些常数都定义在头文件<unistd.h>中. j! T$ d. g8 |& c
4 A' P% q5 B" z

4 x. Y3 I. m* h" s; e0 n文件描述符的范围是0~OPEN_MAX。早期的UNIX版本采用的上限值是19(允许每个进程打开20个文件),现在很多系统则将其增加至63。& C4 Y% `) b0 k2 `2 G- ?/ t$ e# C+ [
7 X& _9 ?0 v& P$ Q; |

; F. X; d$ m& {4 O6 _- q/ P& Iopen函数
5 _* J8 R3 P8 D, c
2 i, k! `/ x9 a1 b' e+ \0 O$ l
6 t( p! c  K0 h#include<sys/types.h>8 s$ a9 D  E( A: i! p# L6 K; b
* e7 m  A3 L1 A8 R
0 Y; N. h2 \( A2 Q/ ^+ Z
#include<sys/stat.h># ~( |- E& D9 y; S# j
+ A1 m+ v+ d; s4 ?9 d+ Y
0 `* I" Q5 v9 d' X! P
#inlcude<fcntl.h>
6 A  W4 g' s, }9 o/ l0 T: o2 @- y6 Z8 w, {- G9 e& W1 u) f7 b
" z$ E4 X! `# {  X+ V1 d" T' }
intopen(constchar*pathname,intoflag,.../*,mode_tmode*/);
% b- G( Z& f* I( r
( ~* A0 A8 T1 X0 {! N6 r
& H/ Q7 @; A! Z$ w- o# e返回:若成功为文件描述符,若出错为-1  f$ H0 r4 q! _" v! b, d

+ Y& a4 o8 ~& ^) M0 }/ d/ S( R9 v  ^) W1 X9 V. y# I: Y# ~+ ~
pathname是要打开或创建的文件的名字。# A* }$ Z$ e; c0 j8 |! M

; L9 ~* h. N/ P. i9 H5 w3 n# l4 A; P, I8 u
oflag参数可用来说明此函数的多个选择项。
, I2 g4 W- i5 x) m; m  a: [. Z$ P" T$ Y2 H/ c

: ~1 [$ _  Y* X2 X: ~3 }对于open函数而言,仅当创建新文件时才使用第三个参数。1 D, s! X0 i- n$ f; D* O1 _6 K" k, W+ b

4 n, f2 x0 s1 z) P% |
1 }$ M8 p( g+ d1 H# k用下列一个或多个常数进行或运算构成oflag参数(这些常数定义在<fcntl.h>头文件中):1 p6 `5 d  |3 {- g2 w9 F
. X, b4 [7 V, c# g4 R1 G$ V

+ M2 I* c8 p* F; r. p必选项:以下三个常数中必须指定一个,且仅允许指定一个。
2 D, I; |2 n  [: X1 }+ U- L* U% x- T2 B! p/ v* M
4 F7 E; \6 i! p8 o6 g
O_RDONLY只读打开
1 Y. K/ k' `6 z  u" I5 |7 d/ @
6 I0 z" u/ }- b* \; p3 l
9 i4 y5 N" K5 t7 AO_WRONLY只写打开
& o: [4 B+ p0 k2 G3 f
( M9 \, ^1 p5 u; A4 c+ _4 ?" I" E) U, Q( T) K$ _$ h$ W
O_RDWR可读可写打开
4 O! f) H5 e0 K; f9 D9 f' W$ p
( l5 `& v+ u4 C5 e6 c0 r
( A) ^3 B( A+ }9 C) b以下可选项可以同时指定0个或多个,和必选项按位或起来作为flags参数。可选项有很多,这里只介绍一部分,其它选项可参考open(2)的ManPage:
9 Q. d+ D# q; e: t& w1 [: Q
! A" T2 {4 o, w* v7 s1 B$ L0 r: r& q8 x/ ~7 e2 P+ z
O_APPEND表示追加。如果文件已有内容,这次打开文件所写的数据附加到文件的末尾而不覆盖原来的内容。( h: G& R0 f6 p8 M
) o4 k* C/ g; n- m+ W

1 q' p' o( r# D5 m# \& @O_CREAT若此文件不存在则创建它。使用此选项时需要提供第三个参数mode,表示该文件的访问权限。* }- {2 Q* l: p1 z8 M5 B. N
9 |4 q0 J0 V! `4 U" l0 t
  {! m  Z3 f5 c# ]2 G0 ~( P
O_EXCL如果同时指定了O_CREAT,并且文件已存在,则出错返回。3 _0 i- z9 _/ d9 J: E" I4 p

) d. s# p+ h; O/ E! O' P, d: I5 [4 R- W) p5 B$ A. T3 w
O_TRUNC如果文件已存在,并且以只写或可读可写方式打开,则将其长度截断(Truncate)为0字节。
; B1 ?2 p/ @' T$ f4 `. x3 A
# y3 r6 g# e* ]; P
8 c4 g/ v# d  l0 o1 O+ @O_NONBLOCK对于设备文件,以O_NONBLOCK方式打开可以做非阻塞I/O(NonblockI/O),非阻塞I/O在下一节详细讲解。( I+ Y* r) V& C% ^

- _7 m* D% Q3 Q( M
- ?2 u3 r3 w* u注意open函数与C标准I/O库的fopen函数有些细微的区别:. P" e$ n8 o0 D2 A8 g( Z; V" ^6 _

( h$ r' y* @! F! n. N9 J" b+ _3 F% `% T
以可写的方式fopen一个文件时,如果文件不存在会自动创建,而open一个文件时必须明确指定O_CREAT才会创建文件,否则文件不存在就出错返回。1 w0 t7 ^. B, J' k

$ U1 v  z. }+ b9 ]
$ O- p; L6 ?. ^& _( r: |* l' u以w或w+方式fopen一个文件时,如果文件已存在就截断为0字节,而open一个文件时必须明确指定O_TRUNC才会截断文件,否则直接在原来的数据上改写。
8 g! S/ C6 k# `$ y
* z7 m* Y8 `$ Y0 L+ g! ?5 j2 c- }1 M* ?- x; \
第三个参数mode指定文件权限,可以用八进制数表示,比如0644表示-rw-r--r--,也可以用S_IRUSR、S_IWUSR等宏定义按位或起来表示,详见open(2)的ManPage。要注意的是,文件权限由open的mode参数和当前进程的umask掩码共同决定。* k# r, P2 T$ i6 F* j7 Y& b
5 K5 u; b+ O9 H# g

8 A1 A9 @  t2 y$ F6 u, o补充说明一下Shell的umask命令。Shell进程的umask掩码可以用umask命令查看:6 N- a; T0 B! j$ S' U

: R8 h; c3 G5 {/ O' g' @+ x$ f* E0 q; I( J
$umask9 u8 P; f( i( O8 n
3 L2 s9 L! J% `. q( y7 i
# ~9 ?9 I# j2 R" Q% S  M% J  e! r
0022
: T9 W" l; p" h4 s. L* C* E. t& C# ]9 a, l5 a; L1 B9 @2 r4 I
0 C5 n' T  x! e7 G
creat函数% T; q3 z' P, z9 I3 H0 Q( M

; V1 H1 g2 }% Z* A6 E4 }1 J4 K5 i# U' r  W
可用creat函数创建一个新文件。7 N! t5 a" I% m

7 ~) v% B& B! Y- D7 Y: h
1 S/ P) W: `* P; a5 O#include<sys/types.h>( R& D+ k& {2 s: |

' m8 h/ L' M. J4 j8 c' u! `- K  P. p) s
#include<sys/stat.h>4 ~# s& l9 y; _+ U( ^( V. g

) r/ Q7 g' N  z8 U1 ^* `2 L& A3 y& q( G$ P/ M& Q
#include<fcntl.h>
9 q' X2 o) D0 }( O1 Q
+ l/ u9 i6 N8 ~; X$ z$ u4 e2 ^9 ^' J/ E! Z7 |, W7 a; C9 @, h# S
intcreat(constchar*pathname,mode_tmode);
) u+ J! Z  C) U' ~& C) e  W% x+ q4 T, |

) s# E) V# g4 D2 Y, D& i/ q/ h返回:若成功只为写打开的文件描述符,若出错为-1。注意,此函数等效于:
$ T, G" p1 f: }) X4 A8 |1 |7 M2 N6 [: t! |5 J5 f5 C2 j( b

# T: w$ S  K% L* i% Eopen(pathname,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,mode);
( T4 N6 M: Y0 I& d( X+ c
3 B7 g5 L' ~4 \+ ^7 A
& h* G$ ~+ }8 w4 p" X7 \creat的一个不足之处是它以只写方式打开所创建的文件。  i) i7 H/ w* h
; @  M/ [2 K8 q; K9 l( s8 p0 q
8 H0 c  V$ u( r- `3 r! |
close函数+ q% F1 V' [& i5 ^4 E

9 ]: }9 Q% W' L- v  S- o% H/ R- `( f4 {/ P. f, U: Y' l9 w% k
可用close函数关闭一个打开文件:
! I( t( D/ b& M
3 [1 M' f; \7 A1 |' `; k
& x1 D8 I* E, g, F. c, _+ W) g#include<unistd.h>
( g$ A. c) U$ b2 W3 P, W; m7 w' H- t+ i3 v  ?1 C# i5 O% Y( e

5 V( b; Y( w: N8 j; sintclose(intfiledes);
9 |( O% [$ F8 q0 D/ m4 T1 S! |" F/ N6 M

. F& z+ i5 p( j8 I- }" G返回:若成功为0,若出错为-1
1 c0 s" ?: Y7 B9 ?* e( Q" K; W% o/ y

5 M; f7 F' V5 O# o当一个进程终止时,它所有的打开文件都由内核自动关闭。很多程序都使用这一功能而不显式地用close关闭打开的文件。6 P3 m4 X2 O+ L# d
8 p- K2 P# O! z3 r& W/ V) j

% x- T: @) K/ g  o8 Dlessk函数——文件定位! ^; `! c+ P$ l+ s) i
# o% H' \$ d, M) X5 b$ ?$ T
8 @8 z" d' y* L. o2 o" I4 q- o
每个打开文件都有一个与其相关联的“当前文件偏移量”。它是一个非负整数,用以度量从文件开始处计算的字节数。通常,读、写操作都从当前文件偏移理处开始,并使偏移理增加所计或写的字节数。按系统默认,当打开一个文件时,除非指定O_APPEND选择项,否则该偏移量被设置为0。可以调用lseek显式地定位一个打开文件。
3 K) ]7 _) U; s0 L
6 S9 s; r4 F; c8 L. _3 ~: m' e  d8 W; ~, S8 _' j# p9 L' J
#include<sys/types.h>- B4 y- l" p0 N. n7 e& t, l: I

# H( A: c7 P: X0 h' F4 }* @' l! `3 ^
#include<unistd.h>
7 _5 h0 X  ]$ [% A' u- }: X% J4 ?, n- s! a
+ M! p: L, H. T, K
off_tlseek(itfilesdes,off_toffset,intwhence);0 K3 z/ \. Z( E
" O( g2 t4 h. Y" \3 ~% k* @
, U1 x7 Z1 _7 Q+ S( L
返回:若成功为新文件位移,若出错为-1。4 P! ?# A4 w7 T; s5 s! }

) M" z5 T0 r6 G4 a7 N8 o1 }% w: k, ~5 {! ?
对于参数offset的解释与参数whence的值有关。' M% i+ `  d3 _1 b

% X- n8 i& y: z+ ]! t! F4 r- e2 S7 r) {( |
若whence是SEEK_SET,则将该文件的位移量设置为距文件开始处offset个字节。若whence是SEEK_CUR,则将该文件的位移量设置为其当前值加offset,offset可为正或负。若whence是SEEK_END,则将该文件的位移量设置为文件长度加offset,offset可为正或负。若lseek成功执行,则返回新的文件位移量,为此可以用下列方式确定一个打开文件的当前位移量:& g- b" `6 ^* t# u
4 r2 Z3 n# h/ M/ Z3 }$ j
0 U6 y9 h1 q6 O- N) C$ Y. y2 @/ _
off_tcurrpos;5 |' u  v2 c) p
5 a9 n3 K* M3 j4 f* j% H5 |
0 ?$ i, E7 r9 t+ F) F
currpos=lseek(fd,0,SEEK_CUR);
; G: M. j( q+ k- w8 B# }, z5 ^3 B6 x0 _! m5 a( b) f
$ e. g2 l6 W6 ~* L% L
read函数5 O) u1 d9 F, `  ~2 F" p- o) W

$ @( |0 B1 W2 V% x& j( ?# y8 u: Z, ~  _3 Z) O* B
用read函数从打开文件中读数据
. c  t5 I8 V9 V2 V5 E
* z- i! y# u4 j2 n. S
) _' h- i  V: `; T7 k/ F4 _#include<unistd.h>
5 }( \1 S2 m. ~, X8 T4 y2 d# Q7 L9 z4 d2 t3 j3 S8 i" p
6 p$ }' t, b# ^
ssize_tread(intfeledes,void*buff,size_tnbytes);, E, L% D# }# R
# a8 \0 m; R' b4 V% I
( Y, h, H$ x" ~  h" S6 _6 X' Z
返回:读到的字节数,若已到文件尾为0,若出错为-1。如read成功,则返回读到的字节数。如已到达文件的尾端,则返回0。有多种情况可使实际读到的字节数小于要求读字节数:
& V' Z+ v  f" `1 P8 r. J* f# ~) \6 b. e8 A3 B: ]& m
, k* s5 Y8 f/ h
读普通文件时,在读到要求字节数之前已到达了文件尾端。例如,若在到达文件尾端之间还有30个字节,而要求读100个字节,则read返回30,下一次再调用read时,它将返回0(文件尾端)。当从终端设备读时,通常一次最多读一行。; |7 k$ v# b: n, x5 w9 p4 L2 \

0 m. ]+ ?! _& g. k$ c8 J
2 H3 d* `3 Q, C& h& c当从网络读时,网络中的缓冲机构可能造成返回值小于所要求读的字节数。某些面向记录的设备,例如磁带,一次最多返回一个记录。读操作从文件的当前位移量处开始,在成功返回之前,该位移量增加实际读得的字节数。! L4 Y- w. D2 o! x) R

' D/ E, p" N: b1 ?/ [$ s* f* q% a% |. g  `! e! Q5 B" p
write函数$ A  L9 o. ]7 P. W5 c% I" p+ ?

* L# [9 c7 y! A: J. y' p% B' r" a) v& s3 r
用write函数向打开文件写数据。
6 `, u+ A0 n. _4 g7 q6 R/ ?' W, I7 L+ I  I( ~3 M

: @6 [8 {1 Y& a#include<unistd.h>9 x  B- {1 [2 P4 \

5 @  G: f& ~& C) }  L+ E9 f, C$ C; U- U& _
ssize_twrite(intfiledes,constvoid*buff,size_tnbytes);# V* P2 l2 w- Z% h
# }2 B4 f8 B; z
% I7 Y* k) [# M! U) V: f
返回:若成功为已写的字节数,若出错为-1。其返回值通常与参数
9 e7 l$ v6 \6 i
' N7 W0 [, A, r/ a3 G, l! o) Y. }6 ?3 M* I
nbytes的值不同,否则表示出错。write出错的一个常见原因是:磁盘已写满,或者超过了对一个给定进程的文件长度限制。
' |# j$ y6 ?" j/ w" X4 W( r0 k) d8 \" n% ~3 P+ G( ]

$ ?, [$ p4 O" Q6 a对于普通文件,写操作从文件的当前位移量处开始。如果在打开该文件时,指定了O_APPEND选择项,则在每次写操作之前,将文件位移量设置在文件的当前结尾处。在一次成功写之后,该文件位移量增加实际写的字节数。

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