一、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),用户程序可以通过这个特殊接口来获得操作系统内核提供的服务
系统调用和库函数的区别：
系统调用(系统函数) 内核提供的函数
库调用 程序库中的函数
错误处理函数
errno用于记录系统的最后一次错误代码，返回一个int值(错误码)，在errno.h中定义，不同的错误码表示不同的含义，新建errno.c如下：
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
int main(void)
{
FILE *fp = fopen("txt","r");//打开一个不存在的文件
if (NULL == fp)
{
printf("fopen failed\n");
printf("errno:%d\n",errno);//打印errno返回的错误码
printf("fopen:%s\n",strerror(errno));//使用strerror函数来解释错误码
return 1;
}
return 0;
}
编译再执行可得如下结果：
fopen failed
errno:2
fopen:No such file or directory
虚拟地址空间：
文件描述符：
- 当我们打开文件或者新建文件时，系统会返回一个文件描述符用来指定已打开的文件，这个文件描述符相当于这个已打开文件的标号，操作这个文件描述符就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、输出，标准错误输出，对应的文件描述符0、1、2就记录在表中，程序运行起来后这三个文件描述符是默认打开的；
文件描述符是指向一个文件结构体的指针
进程控制块(PCB)：本质---结构体
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
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
可以使用ulimit -n 4096 修改
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。
二、常用文件IO函数
1.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);参数：
pathname: 欲打开的文件路径名
flags：文件打开方式： #include <fcntl.h>
O_RDONLY|O_WRONLY|O_RDWR
O_CREAT|O_APPEND|O_TRUNC|O_EXCL|O_NONBLOCK ....
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
取值8进制数，用来描述文件的访问权限。 rwx 0664
创建文件最终权限 = mode & ~umask
返回值：
成功： 打开文件所得到对应的 文件描述符（整数）
失败： -1， 设置errno
flags必选项：
O_RDONLY 以只读的方式打开
O_WRONLY 以只写的方式的打开
O_RDRW 以可读、可写的方式打开
可选项，和必选项进行位或(|)
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 如果同时指定了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_APPEND 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
2.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
代码示例：
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
int fd;
open("./dict.cp",O_RDONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0644);//rw-r--r--
printf("fd = %d\n",fd);
close(fd);
return 0;
}3.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
4.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
用read和write实现一个copy函数：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
char buf[1024];
int n = 0;
int fd1 = open(argv[1],O_RDONLY);//read
if (fd1 == -1){
perror("open argv1 error");
exit(1);
}
int fd2 =open(argv[2],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
if (fd2 == -1){
perror("open argv2 error");
exit(1);
}
while((n = read(fd1,buf,1024)) != 0){
if (n < 0){
perror("read error");
break;
}
write(fd2,buf,n);
}
close(fd1);
close(fd2);
return 0;
}
5.lseek函数
#include <sys/types.h>#include cunistd.h>
off_t 1seek(int fd，off_t offset，int whence);功能:
改变文件的偏移量(读写位置)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:从文件未尾移动offset个字节
返回值:
若1seek成功执行,则返回新的偏移量如果失败,返回-1
lseek允许超过文件结尾设置偏移量，文件会因此被拓展。
使用lseek获取文件大小：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
int fd = open(argv[1],O_RDWR);
if (fd == -1)
{
perror("read error");
exit(1);
}
int lenth = lseek(fd,0,SEEK_END);//获取文件大小
//int lenth = lseek(fd,107,SEEK_END);//扩展文件大小
printf("file size:%d\n",lenth);
//write(fd,"a",1);
close(fd);
return 0;
}
应用场景：
1. 文件的“读”、“写”使用同一偏移位置。
2. 使用lseek获取文件大小（返回值接收）
3. 使用lseek拓展文件大小：要想使文件大小真正拓展，必须【引起IO操作】。
使用 trumcate 函数，直接拓展文件。
int ret =truncate("dict.cp”,250):
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
//open/lseek(fd,249.SEED_END)/write(fd,"\0",1);
int ret = truncate("dict.cp",250);
printf("ret = %d\n",ret);
return 0;
}
三、系统调用和库函数比较---预读入缓输出
fputc/fgetc实现：
int main(void){
FILE *fp,*fp_out;
int n = 0;
fp = fopen( " hello.c" , "r");
if(fp == NULL)
{
perror( " fopen error" );
exit( 1);
}
fp_out = fopen ( "hello.cp" ,"w" );
if(fp_out =NULL)
{
perror( "fopen error" );
exit(1);
}
while((n = fgetc(fp))!= EOF)
{
fputc(n, fp_out) ;
}
fclose(fp);
fclose(fp_out);
return 0;
}read/write实现：
int main( int argc, char *argv[])
{
char buf[ 1];
int n = 0;
int fd1 = open(argv[1]，0_RDONLY);
int fd2 = open(argv[2]，O_RDWR|0_CREAT|0_TRUNC，0664);
while((n = read (fd1,buf,1)) != 0)
{
write(fd2, buf, n);
}
close(fd1);
close(fd2);
return 0;
}结果表明：read/write速度慢
原因分析：
- read/write这块，每次写一个字节，会疯狂进行内核态和用户态的切换，所以非常耗时。
- fgetc/fputc，有个缓冲区，4096，所以它并不是一个字节一个字节地写，内核和用户切换就比较少
预读入，缓输出机制。所以系统函数并不是一定比库函数牛逼，能使用库函数的地方就使用库函数。
- 标准IO函数自带用户缓冲区，系统调用无用户级缓冲。系统缓冲区是都有的。
四、阻塞和非阻塞
产生阻塞的场景：读设备文件。读网络文件的属性。（读常规文件无阻塞概念）
/dev/tty -- 终端文件。
open("/dev/tty", O_RDWR | O_NONBLOCK) --- 设置 /dev/tty 非阻塞状态。(默认为阻塞状态)
更改非阻塞读取终端——超时设置
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define MSG_TRY "try again\n"
#define MSG_TIMEOUT "time out\n"
int main(void)
{
//打开文件
int fd, n, i;
fd = open("/dev/tty", O_RDONLY | O_NONBLOCK);
if(fd < 0){
perror("open /dev/tty");
exit(1);
}
printf("open /dev/tty ok... %d\n", fd);
//轮询读取
char buf[10];
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) { //EWOULDBLOCK
perror("read /dev/tty");
exit(1);
} else {
write(STDOUT_FILENO, MSG_TRY, strlen(MSG_TRY));
sleep(2);
}
}
//超时判断
if (i == 5) {
write(STDOUT_FILENO, MSG_TIMEOUT, strlen(MSG_TIMEOUT));
} else {
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
}
//关闭文件
close(fd);
return 0;
} 五、传入传出参数
传入参数：
1. 指针作为函数参数。
2. 同常有const关键字修饰。
3. 指针指向有效区域， 在函数内部做读操作。
传出参数：
1. 指针作为函数参数。
2. 在函数调用之前，指针指向的空间可以无意义，但必须有效。
3. 在函数内部，做写操作。
4。函数调用结束后，充当函数返回值。
传入传出参数：
1. 指针作为函数参数。
2. 在函数调用之前，指针指向的空间有实际意义。
3. 在函数内部，先做读操作，后做写操作。
4. 函数调用结束后，充当函数返回值。
